Котельные установки и парогенераторы. 3

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

 

 

НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ

 «ГОРНЫЙ»

Кафедра теплотехники и теплоэнергетики

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине:

 

Котельные установки и  парогенераторы

 

 

 

Выполнил  студент:

Факультет: Энергетический

Курс: 4 курс

Специальность: 140101.65 «Тепловые электрические станции»

Шифр: 9102030051

 

 

Проверил  преподаватель:

Оценка:

Подпись преподавателя:

Дата:

 

 

 

Санкт-Петербург

2013 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

Содержание:

1.Задание………………………………………………………………………….1

2.Введение…………………………………………………………………………2

3.Описание котла ДКВР 20-13………………………………………………….3

4.Пояснительная  записка к тепловому расчёту.………………………………4

5.Пояснительная  записка к аэродинамическому  расчёту………………………5

6.Конструктивные  характеристики котла……………………………………..8

1)Топочная  камера………………………………………………………………8

2)Фестон……………………………….…………………………………………9

3)Камера  догорания……………………………………………………………..10

4)котельный  пучок………………………………………………………………10

5)водяной  экономайзер…………………………………………………………11

7.Топливо………………………………………………………………………..11

8.Коэффициенты  избытка воздуха, объёмы и энтальпии  продуктов сгорания по газоходам……………………………………………………………………...11

9.Тепловой  баланс и расход топлива…………………………………………...12

10.Расчёт  топки…………………………………………………………………..13

11.Расчёт  фестона………………………………………………………………..14

12.Расчёт  камеры догорания…………………………………………………….14

13.Расчёт  котельного пучка……………………………………………………..15

14.Расчёт  экономайзера…………………………………………………………16

15.Определение  невязки теплового баланса…………………………………16

16.Аэродинамический  расчёт………………………………………………….17

1)Расчёт  тяги……………………………………………………………………17

2)Выбор размеров  дымовой трубы…………………………………………….19

3)Расчёт  дутья………………………………………………………………….20

4)Выбор дымососа  и вентилятора…………………………………………….21

 

 

 

 

Задание на курсовой проект:

1.Выполнить тепловой поверочный расчёт парового котла типа ДКВР 20-13.

 

Нагрузка 100%.Топливо:мазут сернистый.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки α=1,1

Температура питательной воды 104 С̊

2.Выполнить аэродинамический расчёт газо-воздушного тракта котельной установкиИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

Введение.

Производство  энергии в нашей стране ведётся  за счёт установки крупных теплоустановок; пиковых водогрейных котлов на тепловых электростанциях; производственных, производственно-отопительных и отопительных котельных с различной теплопроизводительностью.

Велики  потери энергии на электростанциях, в металлургической, в химической, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в сельском хозяйстве.

Теплота уносится также ещё и вентиляцией  воздуха, канализационными и бытовыми стоками.

При производстве тепловой и электрической энергии  сжигается много топлива, велики потери энергии при её производстве и передаче потребителям.

Необходимо  уменьшить потери энергии при  её производстве. Это можно сделать  при использовании вторичных  энергоресурсов( ВЭР ).

Вторичные энергоресурсы –это энергия различных  видов, покидающих технологический  процесс или установки. Использование  в котельных не является обязательным.

Утилизация  ВЭР позволяет получить большую  экономию топлива и существенно  уменьшить затраты на создание соответствующей  энергии самой установкой. Рациональное и возможно более полное использование ВЭР даёт большую экономию материальных, трудовых затрат, обеспечивает снижение выбросов вредных веществ, в том числе и тепловых.

 

 

 

 

 

Описание котла ДКВР 20-13

Паровой котёл ДКВР 20-13 вертикальный водотрубный  двухбарабанный котёл с естественной циркуляцией.

Технические данные:

Паропроизводительность 20 т насыщенного пара в час.

Давление  насыщенного пара 1,37 Мпа

Температура насыщенного пара 194 с̊

Температура питательной воды 104 с̊

Компоновка котла:

Полностью экранированная экранными трубами 51ˣ2,5 мм камерная топка. На фронтовой стене размещены 3 газомазутных горелки ГМГ- 7М.

Фестон, выполненный  разводкой заднего экрана в 2 ряда.

Камера догорания  предназначенная для дожигания  несгоревших частиц топлива.

Котельный пучок  состоит из 42 рядов параллельных по 22 трубы(16рядов) и по 20 труб(26 рядов), заключённых между двумя барабанами.

Чугунный  экономайзер расположен за пределами  котла и соединён с ним криволинейным  газоходом.

Система испарения:

Трёхступенчатая с выносными циклонами.

Гидродинамическая схема котла:

Питательная вода поступает в верхний барабан, где смешивается с котловой водой. Из верхнего барабана вода поступает по опускным трубам в нижний коллектор фронтового экрана и в нижние коллектора передних боковых экранов, также по опускным трубам поступает в нижний барабан. Из нижнего барабана вода поступает в нижние коллектора задних боковых экранов и нижний барабан заднего экрана. Из нижнего коллектора фронтового экрана по испарительным поверхностям поступает в верхний коллектор, откуда поступает в верхний барабан, частично из верхнего барабана по рециркуляционным трубам поступает в нижний коллектор. Из нижних коллекторов передних боковых экранов по испарительным поверхностям поступает в верхние коллектора, откуда поступает в вертикальные циклоны, откуда пар поступает в верхний барабан. Вода из циклонов поступает в нижний коллектор и в нижний барабан. Также из верхних коллекторов вода по рециркуляционным трубам поступает в нижние коллектора.

Из нижних коллекторов задних боковых экранов  и заднего экрана по испарительным  поверхностям поступает в верхние  коллектора, откуда поступает в верхний  барабан. Из верхних коллекторов  задних боковых экранов по рециркуляционным трубам поступает в нижние коллектора.

Из нижнего  барабана по подъёмным трубам поступает  в верхний барабан.

таким образом  образуется 7 контуров циркуляции.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

Пояснительная записка к тепловому расчёту

Различают конструктивный и поверочный расчёты котельной установки.

Целью конструктивного  расчёта парового котла является определение поверхностей нагрева  элементов парогенератора при заданных паропроизводительности, параметрах пара и характеристик топлива. Поверочный тепловой расчёт имеет целью определение параметров ,харак-

теризующих тепловую работу элементов данного парогенератора при заданном топливе и режиме работы.

При конструктивном расчёте по заданный температурам продуктов  сгорания и обогреваемой среды определяют тепловосприятие каждого элемента и затем рассчитывают температурный  напор и коэффициент теплопередачи  и затем из уравнения теплообмена  находят величину поверхности нагрева.

При поверочном расчёте отдельных элементов  парогенератора обычно задаются температура  и энтальпия каждой из сред на одном  конце поверхности нагрева. Для  определения энтальпий обеих  сред на втором конце задаются величиной  тепловосприятия и уточняют её путём  последовательных приближений. При  поверочном расчёте конвективной поверхности  нагрева предварительно оценивают  конечную температуру и энтальпию  одной из сред и по уравнению теплового  баланса определяют по принятой температуре  тепловосприятие поверхности и  конечную энтальпию второй среды. далее  рассчитывают коэффициент теплопередачи и температурный напор и по уравнению теплообмена определяют величину тепловосприятия поверхности нагрева ,отнесённую к единице топлива. Если полученное значение отличается от определённого по балансу не более чем на 2% ,расчёт не уточняется.

Последним определяется невязка теплового  баланса. При правильном выполнении расчёта невязка не должна превышать 0,5%.

Исходными данными для теплового расчёта являются характеристики котла. Расчётными исходными данными являются расход топлива и геометрические размеры элементов. В результате теплового расчёта определяется температура газов после поверхности.

Схема теплового  расчёта приведена на схеме:

Исходные

данные

Расчёт

фестона

Тепловой

баланс

котла

Расчёт

топки

Расчётные

исходные

данные

       

Расчёт

камеры

догорания

Расчёт

котельного пучка

Расчёт  водяного

экономайз.

Уточнение

теплового

баланса

       

Выводы из расчёта

 

      

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

Пояснительная записка к аэродинамическому  расчёту

Схема газового котла

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

 

         1      2        3            4                                    5                                                            7

                                                                                            6              

 

 

 

 

 

 

1- топка

2- фестон

3- камера догорания

4- котельный пучок

5- экономайзер

6- дымосос

7- дымовая труба

 

Схема воздушного тракта котла

 

 

1- заборное окно с шибером

2- калорифер

3- вентилятор

4- форсунка

                                                                       1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Целью аэродинамического расчёта(расчёта  тяги и дутья) является определение  производительности тяговой и дутьевой систем и перепада полных напоров  в газовом и воздушном трактах  для последующего выбора тягодутьевых машин.

Расходы воздуха в дутьевой и газа в  тяговой системах определяются по данным теплового расчёта для номинальной  нагрузки котла.

Перепады  полных напоров в газовом и  воздушном трактах определяются по нормативным методам и зависят  от сопротивления трактов.

Все сопротивления разделяются на три  группы:

1)Сопротивление  трения, т.е. сопротивление при  течении потока в прямом канале, в том числе при продольном  омывании пучка труб.

2)Сопротивление  поперечно омываемых трубных  пучков.

3)Местные  сопротивления.

К ним относятся: сопротивление, вызванное изменением сечения; отводы и колена повороты в  пучках труб, тройники, раздающие и  собирающие коробы.

Для расчёта аэродинамики котла задаются исходными данными: полученными  при тепловом расчёте( диаметры и  расположение труб, шаги труб, длина  продольно омываемых труб, число  рядов по ходу газов, средние температуры  и скорости газов и воздуха  по участкам газового и воздушного трактов) и дополняющих их(динамическое давление, определяемое по нормативным  методам, поправочный коэффициент К, объёмы воздуха по участкам).

Затем вычерчивают схему котла и  газовоздухопроводов, принимают вариант золоулавливающей установки(при работе котла на пылевидном топливе) и приступают к аэродинамическому расчёту.

Расчёт  газового тракта. Перепад полных напоров по газовому тракту при искусственной тяге определяется по формуле: Па, ∆Н_п= h^''_т+∆Н± Н_с ,

где h^ʺ_т –разрежение на выходе из топки, принимается = 20 Па;

∆Н- суммарное  сопротивление газового тракта без  учёта самотяги и поправки на запыленность, удельный вес газов и давление;

Н_с- суммарная самотяга газового тракта.

Порядок расчёта газового тракта: сначала подсчитываются все сопротивления газового тракта, затем они корректируются умножением на поправочный коэффициент К, затем подсчитывается самотяга по отдельным участкам тракта, затем суммируются отдельные сопротивления, сумма корректируется поправкой, отдельно суммируется самотяга без поправок и , наконец, подсчитывается ∆Н_п.

Сопротивление газового тракта складывается из сопротивлений  газохода котла и сопротивлений  газопровода.

Расчёт  сопротивлений элементов газохода котла производится отдельно для  котельных пучков(фестон с числом рядов труб не более 5 при скорости газов w_r<10 м/с отдельно не учитывается), для змеевиковых пучков( перегреватели, гладкотрубные экономайзеры, ширмы) для пучков труб ребристых и плавниковых экономайзеров; для воздухоподогревателей любого типа.

Расчёт  сопротивлений газопровода проводится отдельно для каждого из следующих  элементов: участок газопровода  воздухоподогреватель-золоуловитель; участки золоуловитель-дымосос и  за дымососом.

Местные сопротивления газопровода представляют собой повороты, разветвления, изменения  сечения и шиберы(заслонки). Расчёты  их производятся в соответствии с  нормативным методом.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

 

 

 

Отдельно рассчитываются потери напора в присоединительных участках газопровода  и воздухопровода к тягодутьевым машинам, в диффузорах, установленных  за дымососом или вентилятором, и  на входе в дымовую трубу.

В сумму сопротивления газового тракта ∆Н входят также рассчитываемое отдельно сопротивление золоуловителя и  сопротивление дымовой трубы.

Поправки  к сопротивлению тракта находят  по рекомендациям нормативного метода. Самотяга в газопроводах определяется для 2 участков: от выхода из воздухоподогревателя до конца диффузора после дымососа и от него до конца дымовой трубы; размеры по высоте Н берутся непосредственно  по разности отметок конечных сечений, а температура принимается, для  обоих участков равной температуре  газов у дымососа.

Далее подсчитывается ∆Н_п. Этот перепад служит для выбора дымососа или для расчёта высоты дымовой трубы при естественной тяге.

В заключении проверяется отсутствие подпора за дымососом.

Расчёт воздушного тракта. Перепад полных напоров по воздушному тракту при искусственной тяге определяется по формуле: ∆Н_п= ∆Н± Н_с-h^´_т,

где h^´_т- разрежение в топке на уровне ввода воздуха в топку,Па.

h^´_т= Аʺ_т+0,95Н´,

где Н^´- расстояние по вертикали между сечениями выхода газов из топки и ввода воздуха в топку,Па.

Порядок расчёта воздушного тракта: сначала подсчитываются все сопротивления воздушного тракта, суммируются, вносится поправка на давление, рассчитывается самотяга воздушного тракта и разрежение в топке на уровне ввода воздуха, затем подсчитывается перепад.

Сопротивление трения воздухопровода холодного воздуха  подсчитывается в соответствии с  рекомендациями, местные сопротивления  его, сопротивление участков, непосредственно  примыкающих к вентилятору.

За  воздухопроводом холодного воздуха  перед воздухоподогревателем может  быть установлен калорифер. Расчёт его сопротивления производится по рекомендациям, а расчёт сопротивления воздухоподогревателя любого типа.

За  воздухоподогревателем рассчитывают сопротивление воздухопровода горячего воздуха и наконец, сопротивление топочных устройств.

Найденные сопротивления суммируются и  вносится поправка в результате чего определяется ∆Н.

Самотяга  воздушного тракта подсчитывается только для 2 участков. первый- это воздухоподогреватель, для которого расчётная высота принимается  равной разности отметок ввода воздухопровод  холодного воздуха и вывода воздухопровода горячего воздуха. Второй участок- весь воздухопровод горячего воздуха, расчётная  высота которая принимается равной разности отметок вывода воздухопровода горячего воздуха из воздухоподогревателя и входа в топку. расчёт самотяги производится по рекомендациям нормативного метода.

Затем определяют ∆Н. Этот перепад используется при выборе вентилятора.

Выбор дымососов и вентиляторов:

Выбор дымососов  и вентиляторов сводится к подбору машины, обеспечивающей с необходимым запасом требуемые производительность и напор и потребляющей при принятом способе регулировании наименьшее количество энергии при эксплуатации.

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

 

Исходя  из этого, предлагается следующий порядок  выбора машины: вначале определяются расчётная производительность и расчётный полный напор машины, затем напор пересчитывается на те условия, для которых даётся характеристика машины заводом-изготовителем.

Далее по сводным графикам характеристик  серийных машин выбираются машины, удовлетворяющие требуемым параметрам. Затем принимают способ регулирования  и рассчитывают оптимальный вариант  по выбору машины, исходя из условий  эксплуатационной экономичности.

Электродвигатель  к машине выбирается по рекомендациям  нормативного метода.

 

Задание

1.Паропроизводительность  D=20 т/ч

2.Давление  в барабане котла p_к=1,37 Мпа

3.Темпкратура  насыщенного пара t_нп=194 С̊

4.Температура  питательной воды t_пв=104 С̊

5.Прцент продувки g_пр=5%

6.Топливо-  мазут сернистый

 

1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОТЛА

1)Топочная камера

Поверхность стен топочной камеры:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

           2,45

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

 

4,93                  F₁                  2,05

                                                               F₃

                                                                                              F₂                                                1,88

                                                                                    2,45

Боковая стена:

F₁=2,45×4,93=12,08 м²

F₂=2,45×1,88=4,61 м²

F₃== 2,51 м²

F_ст.б= 19,2 м

Фронтовая стена:

F_ст.ф= 2,73×4,93= 13,46 м²

Задняя стена:

F_ст.з=(1,88+2,69)×2,73= 12,59 м²

Потолок:

F_п=2,45×2,73=6,69 м²

Под:

4,9×2,73=13,38 м²

 

Фестон:

F_ф=1,43×2,73=3,9 м²

Суммарная площадь  поверхности стен топочной камеры:

F=2×19,2+13,46+12,59+6,69+13,38+3,9=88,42 м²

Неэкранированная  поверхность =33,66 м²

Поверхность ,закрытая экранами:

F_ст.э=88,42-33,66-3,9=50,86 м²

Объём топочной камеры:19,×2,73=52,42 м²

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

Топочные  экраны

Наименование, обозначение, формула  подсчёта	Фронтовый экран	Задний экран		Передний Боковой экран		Середина	Задний Боковой экран
Наружный диаметр труб, d, мм	51	51		51		51	51
Число труб, n, шт	24	20		29		2	29
Шаг труб, S, мм	110	130		80		185	80
Относительный шаг, s/d	2,16	2,55		1,57		3,63	1,57
Ширина экрана, Вэ=s(n-1)	2,53	2,47		2,24		0,185	2,24
Активная длина незащи-щенных труб, l, м	2,3	3,13		5,13 (вместе  с час-тью потолка)		3,75	1,7 (средняя)
Площадь экрана, F=bэ×l,м2	5,82	7,73		11,49		0,69	3,81
Относительное расстояние от оси труб до обмуровки	1,08		0,5		1,08	1,08	1,08
Угловой коэффициент	0,83		0,71		0,95	0,64	0,95
Лучувоспринимающая поверхность, м2	4,83		5,49		10,92	0,44	3,62

 Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

 

Суммарная лучевоспринимающая поверхность:

Н_л=4,83+5,49+2×10,92+2×0,44+2×3,62+3,9=43,32 м

Степень экранирования  топки:

ψ= Н_л/F_ст =43,32/88,42= 0,49 

2)Фестон

              

 

Диаметр труб 51×2,5 мм. Расположение труб шахматное.

Шаги труб: S₁=130 мм; S₂=300 мм.

Число рядов  по ходу газов: Z=2

Число труб в  каждом ряду по 10

Длины труб: первого  ряда-1,52 м; второго ряда -1,43 м.

Полная площадь  нагрева фестона:

F_ф=(10×1,52+10×1,43)×3,14×0,051=4,72 м²

Сечения для  прохода газов:

F₁=1,43×2,78-10×1,43×0,051=3,25 м²

Относительные шаги труб:

поперечный: S₁/d= 130/51=2,55

продольный: S₂/d= 300/51=5,88

Средняя эффективная  толщина излучающего слоя:

S=(2,82(S₁+S₂)/d-10,6)d= (2,82(2,55+5,88)-10,6)0,051= 0,698

Угловой коэффициент  ряда фестона X ряда =0,54

Угловой коэффициент  фестона: X_ф=1-(1-0,54)=0,788

Лучевоспринимающая поверхность пучка фестона:

Н_л.п.=0,788×3,9=3,07 м²

 

3)Камера  догорания между фестоном и  котельным пучком

                                            2,15

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

                                        1,43                 3,05

 

 

 

Площадь сечения  газовой камеры:

F_к.д.=4,24 м²

Ширина газовой  камеры: В=2,73 м

Объем газовой  камеры: V_г.к.=11,58 м³

Площади ограничивающих поверхностей газовой камеры:

1)Потолок  5,6 м³

2)Боковая  поверхность : 4,24 м²

3)Передняя  поверхность: 6,96 м²

4)Задняя поверхность: 8,27 м²

Сумма площадей ограничивающих поверхностей:

F_г.к.=5,6+2×4,24+6,96+8,27=29,31 м

Эффективная толщина излучающего слоя камеры догорания:

s=3,6×V_г.к./F_г.к.= 3,6×11,58/29,31=1,42 м

Средняя длина  труб задних боковых экранов, проходящих по боковым стенам камеры догорания  l_ср=4,11 м

 

Число труб задних боковых экранов проходящих по боковым  стенам камеры догорания( с каждой стороны):

n=29×2=58

Шаг труб =80мм

Относительный шаг s/d=1,57

Расстояние  от обмуровки до оси труб =55 мм

Угловой коэффициент x=0,94

Ширина экрана:

в=sx(n-1)=80×28= 2,24 м

Лучевоспринимающая поверхность:

Н_л=2×4,24×2,24×0,94=17,86 м²

 

4)Котельный пучок