Расчет котла КЕ-2,5-14С
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра энергетики и транспорта
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Стационарные паровые и водогрейные котлы»
Специальность «Энергообеспечение предприятий»
Политехнический институт
Курс 3
Группа ЭП-301(1)
Вариант №1
Выполнил: студент Акимов П.С. подпись _________
дата _________
Проверил: доцент Пантилеев С.П. подпись _________
дата _________
Мурманск
2013
Содержание
Задание на курсовое проектирование 3
2. Описание котельного агрегата 4
3. Расчет топлива по воздуху и продуктам сгорания и построение I-t диаграммы. 11
4. Тепловой расчет 16
3.1. Предварительный тепловой баланс 16
3.2. Расчет теплообмена в топке 18
3.3. Расчет теплообмена в конвективной испарительной поверхности 21
3.4. Окончательный тепловой баланс котла 26
5. Список использованной литературы 27
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
2
ЭП–301(1).01.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
ЭП–301(1).01.00 ПЗ
Задание на курсовое проектирование
Каменный уголь | ||||||||
№ варианта |
Марка |
Сг,% |
Нг,% |
Sг,% |
Ог,% |
Nг,% |
Ас,% |
Wр,% |
1 |
ГР |
82 |
5,7 |
0,7 |
10,6 |
1 |
11 |
8 |
|
Тип котла |
Паропроизводи-тельность |
РК МПа (изб.) |
Пит. вода |
Воздух |
Топливо |
α |
ФИО студента |
х | ||||
Dобщ кг/с |
Dпер кг/с |
Dн кг/с |
tпв ºС |
t3эк ºС |
tхв ºС |
tгв ºС | ||||||
КЕ-2,5-14С |
0,70 |
- |
0,70 |
1,4 |
40 |
145 |
30 |
- |
КУ Т с РПК |
1,35 |
Акимов |
|
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
ЭП–301(1).01.00 ПЗ
Описание котельного агрегата
Паровой котёл КЕ-2,5-14 С двухбарабанный, вертикально-водотрубный предназначен для работы на твердом топливе со слоевыми механическими топками и вырабатывает насыщенный или перегретый пар, используемый на технологические нужды промышленных предприятий, для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.. Внешний вид котла представ лен на рис. 1, технические характеристики и возможная комплектация приведены в табл. 1.1
Рис. 1. Котел паровой КЕ-2,5-14 С
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
ЭП–301(1).01.00 ПЗ
Таблица 1.1 Технические характеристики и возможная схема комплектации.
№ |
Параметры |
Значения |
1 |
Вид топлива |
Каменный или бурый уголь |
2 |
Паропроизводительность, т/ч |
2,5 |
3 |
Рабочее давление пара на выходе, МПа |
1,4 |
4 |
Температура пара, С |
194 |
5 |
Габаритные размеры, м: Длина |
5,1 |
Ширина |
4,5 | |
Высота |
4,15 | |
6 |
Масса котла в объеме заводской поставки, кг |
9817 |
7 |
Топочное устройство |
ЗП-РПК-2-1800/ 1525 |
8 |
Экономайзер |
ЭБ 2-94 |
9 |
Вентилятор |
ВДН-8-1500, 15 кВт |
10 |
Дымосос |
ДН-9-1500, 11 кВт |
11 |
Циклон |
ЦН-15-600х4УП |
11 |
Расчетный КПД на каменном угле, % |
81,5 |
Верхний и нижний барабаны котла диаметром 1000 мм размещаются друг над другом в вертикальной плоскости, они объединены трубами конвективного пучка, которые крепятся в барабанах вальцовкой. Трубы конвективного пучка установлены с шагами вдоль барабана 90 мм и поперечными 110 мм (по середине пучка 120 мм). Ширина боковых пазух 195 мм.
Топочная камера образована плотными боковыми экранами. Боковые экраны и крайние боковые ряды труб конвективного пучка объединены общими нижними коллекторами по всей длине котла. Верхние концы труб боковых экранов и боковых рядов труб конвективного пучка присоединены непосредственно к верхнему барабану. Фронтовая и задняя стенки топочной камеры выполнены из огнеупорного кирпича. С правой стороны задней стенки топочной камеры имеется окно, через которое продукты сгорания поступают в камеру догорания и далее в конвективный пучок. Под камеры догорания выполнен с уклоном в сторону топки, чтобы попадающие в камеру догорания куски топлива скатывались па решетку. Внутри котельного пучка имеется чугунная перегородка, которая делит пучок на первый и второй газоходы и обеспечивает горизонтальный разворот газов в пучке при поперечном омывании труб.
Топочные газы из камеры
догорания поступают в
Особенностью котлов типа КЕ является наличие плотных боковых экранов и ограждающих стен конвективного пучка из труб диаметром 51X2,5 мм, расположенных с шагом 55 мм, которые в нижней части объединены коллекторами по всей длине котла.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
ЭП–301(1).01.00 ПЗ
Применение
плотных экранов позволило
Котёл КЕ-6,5-14С может быть снабжён системой возврата уноса и острым дутьем. При помощи эжекторов унос, оседающий в четырех зольниках котла, возвращается в топку и вводится в топочную камеру. Надёжную работу системы обеспечивают прямые смесительные трубы, выполненные без поворотов.
В котлах КЕ паропроизводительностью 2,5 т/ч применяют топочные устройства с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками.
Охлаждение барабанов пароводяной смесью предусмотрено конструкцией котла и не допускает повышение температуры металла сверх допустимых значений при растопках, остановках и маневренных режимах котла.
Циркуляционная схема:
Питательная вода, подогретая
в водяном экономайзере, подастся
в верхний барабан под уровень
воды по перфорированной трубе и
по задним трубам конвективного пучка
сливается в нижний барабан. Передняя
часть конвективного пучка
Арматура и КИП
Котлы типа КЕ-2,5-14С оснащены контрольно-измерительными приборами и арматурой в пределах котла. Котлы оборудованы двумя предохранительными клапанами, одни из которых — контрольный. У котлов с пароперегревателями контрольный предохранительный клапан устанавливается на выходном коллекторе пароперегревателя. На котлах устанавливается по два водоуказательных прибора прямого действия, которые соединены с паровым и водяным пространствами котла соединительными трубами с внутренним диаметром 50 мм. На торцах труб, соединяющих водоуказательные приборы с котлом, установлены металлические заглушки на болтах, благодаря чему возможна внутренняя очистка труб. На верхнем барабане каждого котла установлен манометр; при наличии пароперегревателя манометр устанавливается и на выходном коллекторе пароперегревателя.
На верхнем барабане устанавливается следующая арматура: главный паровой вентиль или задвижка (у котлов без пароперегревателя), вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды (обдувку). На колене для спуска воды установлен запорный вентиль с условным проходом 50 мм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
ЭП–301(1).01.00 ПЗ
На днище нижнего барабана установлены вентиль и обратный клапан на патрубке прогрева, на патрубке периодической продувки установлены два запорных вентиля или запорный и регулирующий вентили. Через патрубок периодической продувки осуществляются периодическая и непрерывная продувки. На линиях периодической продувки из всех нижних камер экранов установлено по два запорных вентиля. На паропроводе обдувки установлены дренажные вентили для отвода конденсата при прогреве линии и запорные вентили для подачи пара к обдувочному прибору.
На питательных трубопроводах перед экономайзером устанавливаются обратные клапаны и запорные вентили; перед обратным клапаном установлен, регулирующий клапан питания, который соединяется с исполнительным механизмом автоматики котла.
Рис.2 Схема расположения арматуры котла КЕ-2,5-14С
Источник:
Котлы малой, средней мощности и топочные устройства: Каталог-справочник, стр.7-14
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
ЭП–301(1).01.00 ПЗ
Таблица 1.2. Конструктивные характеристики котла КЕ-2,5-14С.
Объём топки, м3 |
10,47 |
Площадь поверхности стен топки, м2 |
37,2 |
Наружный диаметр экранных труб, м |
0,051 |
Толщина стенки экранных труб, м |
0,0025 |
Площадь поверхности нагрева конвективного газохода, м2 |
55,3 |
Площадь лучевоспринимающей поверхности, м2 |
19,12 |
Наружный диаметр труб конвективных пучков, м Толщина стенки труб конвективных пучков, м |
0,051 |
Расположение труб конвективных пучков |
коридорное |
Поперечный шаг труб, м |
0,09 |
Продольный шаг труб, м |
0,110 |
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2 |
0,38 |
Источник:
Болштянский А.П, Михайлов А.Г. «Тепловой расчёт котельных установок» Таблица 3.2
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
ЭП–301(1).01.00 ПЗ
Описание топочного устройства
ТОПОЧНОЕ УСТРОЙСТВО С ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКИМИ ЗАБРАСЫВАТЕЛЯМИ И РЕШЕТКОЙ С ПОВОРОТНЫМИ КОЛОСНИКАМИ
Расшифровка наименования топки: ЗП-РКП-2-1800/1525 - тип топки (топка с полумеханическим забрасывателем и решеткой с поворотными колосниками), 2 – количество секций и забрасывателей топлива, 1800 - ширина решетки (в мм), 1525- длина решетки (в мм).
В топках ЗП-РПК могут сжигаться грохоченые и рядовые каменные и бурые угли различных марок, а также антрациты классов AM и АС в соответствии с государственными стандартами на угли для слоевого сжигания. Топки работают по принципу непрерывного заброса топлива на горящий слой. Техническая характеристика топки ЗП-РПК-2-1800/1525 приведена в таблице 1.3.
Таблица 1.3. Техническая характеристика топки ЗП-РПК-2-1800/1525
Наименование показателей |
ЗП-РПК-2-1800х1525 |
Рекомендуемое теплонапряжение (ккал/м3ч) |
0,93 - 1,16 |
Рекомендуемое теплонапряжение (ккал/м3ч) |
0,23 - 0,35 |
Давление воздуха под
решеткой (кгс/м2) |
785 (80) |
Число секций |
2 |
Тип забрасывателей |
ЗП-400 |
Число забрасывателей |
2 |
Площадь решетки, м2 |
2,74 |
Длина решетки, мм |
1525 |
Ширина решетки, мм |
1800 |
Масса, кг |
3500 |
Источник: Котлы малой, средней мощности и топочные устройства: Каталог-справочник, Таблица 44, стр.203
Колосниковая решетка топки, изготовленная в соответствии с ОСТ 108.033.101—76, поставляется заказчику в собранном виде. Колосники набираются на колосниковых балках, соединенных тягой с рычажным механизмом поворота колосников, привод которого располагается на фронте котла. Каждая секция по длине разделена на две группы с самостоятельными приводами для облегчения очистки решетки от шлака. В конце решетки на поперечной балке устанавливаются неподвижные колосники, предотвращающие налипание шлака на обмуровку задней стены топки. Передняя часть решетки перекрыта неподвижными чугунными плитами с отверстиями для прохода воздуха.
Топливо на колосниковую решетку подастся двумя пневмомеханическими забрасывателями ЗП-400. Пневмомеханический забрасыватель состоит из пластинчатого питателя, забрасывающего механизма ротационного типа, каскадно-лоткового угольного ящика и привода. Ротор забрасывателя приводится во вращение от электродвигателя через клиноременную передачу. Регулирование дальности заброса топлива производится изменением числа оборотов ротора (505, 710, 980 об/мин) и угла наклона регулирующей плиты. Регулирование производительности (скорости движения) пластинчатого питателя Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
ЭП–301(1).01.00 ПЗ
производится при помощи импульсного вариатора, соединенного с валом ротора клпно-ременной передачей, а с ведущим валом питателя — цепной передачей.
Под лотком ротора забрасывателей устанавливаются фурменные колосники системы пневмо-заброса. Воздух к фурмам подводится от главного воздушного короба по чугунным стоякам, установленным в обмуровке фронтовой стены топочной камеры.
В топках ЗП-РПК механизирована только одна операция — подача топлива в топку. Уголь из угольного ящика поступает на питатель пневмомеханического забрасывателя , который непрерывно подает топливо на вращающийся ротор. Крупные фракции разбрасываются по всей площади решетки, а мелкие отвеиваются в топочный объем воздухом, поступающим из системы пневмозаброса. Горение на решетке происходит в тонком слое, толщина которой устанавливается в зависимости от сорта топлива и форсировки. Хорошая продувка слоя воздухом обусловливает отсутствие спекания угля и сплавления шлака, а интенсивное нижнее зажигание — возможность устойчивой работы на высоковлажных бурых углях и трудновоспламеня-ющихся топливах. Топка может работать как на холодном дутье, так и на горячем воздухе. Подогрев воздуха применяется при сжигании высоко-влажных бурых углей для обеспечения надежного воспламенения свежего топлива. По условиям надежности элементов решетки температура горячего воздуха не должна превышать 250° С.
Удаление шлака с колосниковой
решетки производится периодически
вручную. Выключается подача топлива
на одну секцию и слой дожигается (при
необходимости слой расшифровывается).
Затем выключается подача воздуха,
колосники решетки
В объем поставки топок ЗП-РПК входят: пневмомеханические забрасыватели, колосниковая решетка, фронт, воздушный короб, шлаковый затвор (по требованию заказчика), запасные части (в соответствии с комплектовочной ведомостью), обеспечивающие нормальную работу топки в течение срока гарантии, и техническая документация.
Рис. 2. Топка ЗП-РПК-2-1800/1525
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
ЭП–301(1).01.00 ПЗ
Расчет топлива по воздуху и продуктам сгорания и построение I-t диаграммы.
Топливо: Каменный уголь Кузнецкий марки ГР (газовый, рядовой)
Таблица 2. Объёмы продуктов сгорания и другие параметры твердого топлива | |||||
Объёмы продуктов сгорания и другие параметры твердого топлива | |||||
№ п/п |
Наименование величины |
Обозначение |
Единицы измерения |
Расчетная формула |
Числовое значение |
1 |
Элементарный состав рабочей массы топлива | ||||
углерод |
Cг |
% |
по заданию |
82 | |
водород |
Hг |
% |
по заданию |
5,7 | |
сера |
Sг |
% |
по заданию |
0,7 | |
кислород |
Oг |
% |
по заданию |
10,6 | |
азот |
Nг |
% |
по заданию |
1 | |
зола |
Ас |
% |
по заданию |
11 | |
углерод |
CР |
% |
CГ |
67,14 | |
водород |
HР |
% |
HГ |
4,67 | |
сера |
SР |
% |
SГ |
0,57 | |
кислород |
OР |
% |
OГ |
8,68 | |
азот |
NР |
% |
NГ |
0,82 | |
зола |
АР |
% |
AС |
10,12 | |
влага |
Wр |
% |
по заданию |
8 | |
2 |
Коэффициент избытка воздуха |
α |
по заданию |
1,35 | |
Объёмы продуктов сгорания и другие параметры твердого топлива | |||||
3 |
Объём углекислого газа |
VСО2 |
нм3/кг |
1,86(Ср /100) |
1,25 |
4 |
Объём сернистого ангидрида |
VSО2 |
нм3/кг |
0,68( Sлр /100) |
0,0039 |
5 |
Объём трёхатомных газов |
VRО2 |
нм3/кг |
1,86(СР+0,375 SлР)/100 |
1,253 |
6 |
Теоретически необходимое количество сухого воздуха |
V0 |
м3/кг |
0,089(СР+0,0375SР)+0,267HР-0, |
6,9549 |
7 |
Действительный объём сухого воздуха |
V д |
нм3/кг |
α V0 |
9,3891 |
Лист № докум. Подпись Дата Лист 12 ЭП–301(1).01.00 ПЗ
8 |
Теоретический объем азота |
V0N2 |
м3/кг |
0,79V0+0,008NР |
5,5009 |
9 |
Действительный объём азота |
VN2 |
м3/кг |
0,79 α V0+0,008 Nр |
7,4240 |
10 |
Объём кислорода в продуктах сгорания |
VО2 |
м3/кг |
0,21( α-1) V0 |
0,5110 |
11 |
Теоретический объем водяных паров (α=1) |
V0H2O |
м3/кг |
0,112HР+0,0124Wp+0,016V0 |
0,7335 |
12 |
Избыточный объем воздуха |
Vизб |
м3/кг |
(α-1)V0 |
2,4342 |
13 |
Действительный объем водяных паров |
VH2O |
м3/кг |
V0H2O+0,016(α-1)V0 |
0,7725 |
Объёмы продуктов сгорания и другие параметры твердого топлива | |||||
14 |
Теоретический объём продуктов сгорания |
V0 Г |
м3/кг |
VRО2+ V0N2+ V0Н2О |
7,4872 |
15 |
Полный объем продуктов сгорания |
Vг |
м3/кг |
VRO2+V0N2+V0H2O+(α-1)V0 |
9,9604 |
16 |
Объемная доля сухих трехатомных газов |
rRO2 |
VRO2/Vг |
0,1258 | |
17 |
Объёмная доля водяных паров в продуктах сгорания |
rН2О |
- |
VН2О/ VГ |
0,0776 |
18 |
Объёмная доля трёхатомных газов в продуктах сгорания |
rП |
- |
rRО2+rНО2 |
0,2034 |
19 |
Давление в топке |
Рт |
МПа |
Принимается [2, стр.4] |
0,1 |
20 |
Парциальное давление трёхатомных газов в топке |
РRО2 |
МПа |
rRО2 *РТ, где РТ – давление в топке, МПа |
0,0126 |
21 |
Парциальное давление водяных паров в топке |
РНО2 |
МПа |
rНО2 РТ |
0,0078 |
22 |
Суммарное парциальное давление |
PП |
МПа |
РНО2+ РRО2 |
0,0204 |
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
ЭП–301(1).01.00 ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
ЭП–301(1).01.00 ПЗ
Таблица 3. Расчёт энтальпии продуктов сгорания
tг, °С |
|
Влажный воздух |
a-1 |
(a-1)
|
| |||||||
|
|
Свл, |
|||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
0 |
1,599 |
2,003227 |
1,294 |
7,118239 |
1,494 |
1,095877 |
0 |
1,318 |
0 |
0,35 |
0 |
0 |
200 |
1,787 |
2,2338754 |
1,299 |
7,145744 |
1,522 |
1,116416 |
2100 |
1,331 |
1881 |
658,359 |
2759 | |
400 |
1,929 |
2,416651 |
1,316 |
7,23926 |
1,566 |
1,148691 |
4322 |
1,354 |
3827 |
1339,471 |
5661 | |
600 |
2,041 |
2,556965 |
1,340 |
7,371283 |
1,614 |
1,839 |
6667 |
1,382 |
5775 |
2021,078 |
8688 | |
800 |
2,131 |
2,669717 |
1,367 |
7,519809 |
1,668 |
1,22351 |
9130 |
1,411 |
7976 |
2791,719 |
11922 | |
1000 |
2,203 |
2,759918 |
1,391 |
7,651832 |
1,722 |
1,26312 |
11675 |
1,437 |
10154 |
3553,952 |
15229 | |
1200 |
2,263 |
2,835086 |
1,414 |
7,778354 |
1,776 |
1,30273 |
14299 |
1,461 |
12388 |
4335,969 |
18635 | |
1400 |
2,313 |
2,897726 |
1,434 |
7,888373 |
1,828 |
1,340873 |
16978 |
1,483 |
14671 |
5134,805 |
22113 | |
1600 |
2,355 |
2,950344 |
1,452 |
7,987391 |
1,876 |
1,376082 |
19702 |
1,501 |
16970 |
5939,576 |
25642 | |
1800 |
2,391 |
2,995445 |
1,468 |
8,075406 |
1,921 |
1,40909 |
22464 |
1,517 |
19295 |
6753,25 |
29217 | |
2000 |
2,422 |
3,034282 |
1,482 |
8,152419 |
1,962 |
1,439164 |
25252 |
1,532 |
21651 |
7577,806 |
32830 | |
2200 |
2,448 |
3,066854 |
1,495 |
8,223932 |
2,000 |
1,467038 |
28067 |
1,546 |
24034 |
8411,761 |
36479 | |
