Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Тепловий повірочний розрахунок теплогенератора

МІНИСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ЛУГАНСЬКИЙ БУДІВЕЛЬНИЙ КОЛЕДЖ»

ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК КОТЛА
ДКВР – 2.5 – 14С

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

5.0560103 КП 01 0000 010 ПЗ

Склав студент гр. Т – 21 ___________ Олейніченко Д. Д.

Керівник проекту ___________ Гущин А. О.

2012

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

ДВНЗ «Луганський будівельний коледж»

Циклова комісія «Теплотехнічні і загально технічні дисципліни»

ЗАВДАННЯ

на курсовий проект з дисципліни

«Котельні установки і водопідготовка »

для студентів спеціальності 5.05060103

“Монтаж і обслуговування теплотехнічного устаткування і систем теплопостачання ”

Тема: Тепловий повірочний розрахунок теплогенератора

Студенту_______________ відділення, __________ курсу, групи__________

________________________________________________________

(прізвище, ім’я та по батькові)

ВИХІДНІ ДАННІ

Тип котлоагрегату

Парова потужність D

Основне паливо

Абсолютний тиск пару в барабані котла Р

Температура пару t

Температура живильної води t_ж._в

7. Температура вихідних газів t_вих__________________________________

Керівник проекту ______________

Графік виконання курсового проекту з дисципліни

«Котельні установки і водопідготовка»

№ етапів	Перелік етапів	Календарні строки виконання	Готовність в %
1	Вивчення завдання, вибір розрахункових характеристик	24– 31 01 2012	2
2	Короткий опис теплогенератора. Визначення конструктивних характеристик	01-08 02 2012	7
3	Розрахунок об’ємів та ентальпій повітря і продуктів згоряння	09-22 02 2012	8
4	Складання теплового балансу і визначення витрат палива	23-29 02 2012	4
5	Розрахунок топки	01-12 03 2012	10
6	Розрахунок пароперегрівача	13-18 2012	4
7	Розрахунок конвективних поверхней нагріву	19-31 2012	12
8	Розрахунок хвостових поверхней	01-06	6
9	Визначення похибки розрахунку	07-10 2012	2
10	Виконання креслень	01 03 -1404 2012	20
11	Оформлення курсової роботи	14-19 2012	10
12	Захист курсового проекту	20-30 04 2012	15

Дата видачі проекту_________________________

Дата захисту проекту________________________

Студент________________/ /

ЗМІСТ

Введення…………………………………………………………...........................	4
1 Загальна частина……………………………………………………………….	5
1.1 Вихідні дані………………………………………………...............................	5
1.2 Опис роботи і конструкції котла…………………………..………………....	5
2 Розрахункова частина. Тепловий розрахунок котла………………………...	11
2.1 Характеристика палива……………………………………………………….	11
2.2 Розрахунок обсягів повітря і продуктів згоряння…………………………..	11
2.3 Розрахунок ентальпій повітря і продуктів згоряння………………………..	14
2.4. Тепловий баланс теплогенератора …………………………………………	16
2.5. Розрахунок топки ……………………………………………………………	19
2.6 Розрахунок конвективної поверхні………………………………………….	23
2.7 Розрахунок економайзера…………………………………………………….	31
2.8 Перевірочний тепловий баланс теплогенератора…………………………..	33
Висновки…………………………………………………………………………..	34
Література………………………………………………………………………….	35

ВВЕДЕННЯ

Паровим котлом називається комплекс агрегатів, призначених для одержання водяної пари за рахунок спалення палива.

Основними елементами котла є:

- топковий пристрой, котрий призначений для спалювання палива і перетворення його хімічної енергії у теплоту нагрітих газів;

- поверхні нагріву, розташовані у газоходах котла, в котрих циркулює вода;

- хвостові поверхні нагріву: економайзер и повітропідігрівник.

Основними складовими робочого процесу, здійснюваного в котельній установці, є:

1)процес горіння палива,

2)процес теплообміну між продуктами згоряння або самим палаючим паливом з водою,

3)процес паротворення, що складає з нагрівання води, її випару й нагрівання отриманої пари.

Під час роботи в котлоагрегатах утворяться два взаємодіючих один з одним потоку: потік робочого тіла й потік теплоносія, що утвориться в топці.

У результаті цієї взаємодії на виході об'єкта виходить пара заданого тиску й температури.

Однієї з основних завдань, що виникає при експлуатації котельного агрегату, є забезпечення рівності між виробленою й споживаною енергією. У свою чергу процеси паротворення і передачі енергії в котлоагрегаті однозначно пов'язані з кількістю речовини в потоках робочого тіла і теплоносія.

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

1. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

1.1 Вихідні дані

Тип котлоагрегату – ДКВР – 2.5 – 14С

Паливо – вугілля марки ГО, донецького родовища

Абсолютний тиск пари – Р = 1,4 МПа

Пара перегрітий – t = 195°C

Продуктивність – D = 2,5 т/год

Температура живильної води – t_ж_.в. = 90ºС

Температура газів, що відходять – t_від = 160 ºС

Продувку прийняти рівної – 6 %

Креслення котла

Виконати тепловий перевірочний розрахунок котлоагрегату.

1.2 Опис роботи і конструкції котла

1.2.1 Опис роботи котла

Паровим котлом називається комплекс агрегатів, призначених для одержання водяної пари. Цей комплекс складається з ряду теплообмінних пристроїв, зв'язаних між собою й службовців для передачі тепла від продуктів згоряння палива до води й пари. Вихідним носієм енергії, наявність якого необхідно для утворення пари з води, служить паливо.

Основними елементами робочого процесу, здійснюваного в котельній установці, є:

1)процес горіння палива,

2)процес теплообміну між продуктами згоряння або самим палаючим паливом з водою,

3) процес паротворення, що складається з нагрівання води, її кипіння і утворення пари.

Під час роботи в котлоагрегатах утворяться два взаємодіючих один з одним потоку: потік робочого тіла і потік теплоносія, що утвориться в топці.

У результаті цієї взаємодії на виході об'єкта виходить пара заданого тиску і температури.

Одним з основних завдань, що виникає при експлуатації котельного агрегату, є забезпечення рівності між виробленою і споживаною енергією. У свою чергу процеси паротворення і передачі енергії в котлоагрегаті однозначно пов'язані з кількістю речовини в потоках робочого тіла і теплоносія.

Горіння палива є суцільним фізико-хімічним процесом. Хімічна сторона горіння являє собою процес окислювання його горючих елементів киснем, що проходить при певній температурі і супроводжується виділенням тепла. Інтенсивність горіння, а так само економічність і стійкість процесу горіння палива залежать від способу підведення і розподілу повітря між частками палива. Умовно прийнято процес спалювання палива ділити на три стадії: запалювання, горіння і догоряння. Ці стадії в основному протікають послідовно в часі, частково накладаються одна на іншу.

Розрахунок процесу горіння звичайно зводиться до визначення кількості повітря в м³, необхідного для згоряння одиниці маси або об'єму палива кількості і сполуки теплового балансу та визначенню температури горіння.

Значення тепловіддачі полягає в теплопередачі теплової енергії, що виділяється при спалюванні палива, воді, з якої необхідно одержати пару, або пари, якщо необхідно підвищити її температуру вище температури насичення. Процес теплообміну в котлі йде через водогазонепроникні теплопровідні стінки, що називаються поверхнею нагрівання. Поверхні нагрівання виконуються у вигляді труб. Усередині труб відбувається безперервна циркуляція води, а зовні вони обмиваються гарячими топковими газами або

сприймають теплову енергію випромінюванням. У такий спосіб у котлоагрегаті мають місце всі види теплопередачі: теплопровідність, конвекція і випромінювання. Відповідно поверхні нагрівання підрозділяється на конвективні і радіаційні. Кількість тепла, передана через одиницю площі нагрівання в одиницю часу зветься тепловою напругою поверхні нагрівання. Величина напруги обмежена, по-перше, властивостями матеріалу поверхні нагрівання, по-друге, максимально можливою інтенсивністю теплопередачі від гарячого теплоносія до поверхні, від поверхні нагрівання до холодного теплоносія.

Інтенсивність коефіцієнта теплопередачі тим вище, чим вище різниці температур теплоносіїв, швидкість їхнього переміщення щодо поверхні нагрівання і чим вище чистота поверхні.

Утворення пари в котлоагрегатах протікає з певною послідовністю. Уже в екранних трубах починається утворення пари. Цей процес протікає при великій температурі і тиску. Явище випару полягає в тім, що окремі молекули рідини, що перебувають у її поверхні і мають високі швидкостей, а отже, і більшої в порівнянні з іншими молекулами кінетичною енергією, переборюючи силові впливи сусідніх молекул, що створюють поверхневий натяг, вилітають у навколишній простір. Зі збільшенням температури інтенсивність випару зростає. Процес зворотний паротворенню називають конденсацією. Рідина, що утвориться при конденсації називають конденсатом. Вона використовується для охолодження поверхонь металу в пароперегрівниках.

Пар, утворений у котлоагрегаті, підрозділяється на насичений і перегрітий. Насичена пара у свою чергу ділиться на сухий і вологий. Для технологічних потреб виробництва застосовуються всі види пари.

1.2.2 Конструктивна характеристика котла

Котли ДКВР - твердопаливні, двохбарабанні, вертикально-водотрубні із природною циркуляцією, з екранованою топковою камерою і конвективним пучком, призначені для виробітку насиченої або перегрітої пари за допомогою спалювання кам'яного або бурого вугілля для технологічних потреб промислових підприємств, а також систем опалення, вентиляції і гарячого водопостачання, випускаються паропродуктивністю 2,5; 4,0; 6,5; 10; 25 т/год із робочим тиском пари на виході 1,4, 2,4 МПа

Котли типу ДКВР- 2.5 - 1,4C мають номінальну паропродуктивність 2,5 т/год і робочий тиск 1,4МПа. Котел і його схема наведені на рис 1

Рис. 1 Котел ДКВР – 2,5 – 14С

Радіаційна поверхня нагрівання складається з верхнього уздовженного і нижнього вкороченого барабана, а також бічні екрани і конвективний пучок, економайзер, гарнітуру, арматуру.

Бічні стіни топкової камери екрановані, фронтова і задня стіни виконані з вогнетривкої цегли (без екранів). Ширина топкової камери котла ДКВР – 2.5 - 1,4C по осях екранних труб становить 2270 мм і глибиною 2105 мм.

Із правої сторони задньої стінки топкової камери котла є вікно, через яке продукти згоряння надходять у камеру догорання і далі в конвективний пучок.

Підлога камери догорання нахилена таким чином, щоб основна маса падаючих у камеру шматків палива скачувалися на ґрати. Труби конвективного пучка розвальцьовані у верхній і нижній барабан, установлені із кроком уздовж барабана 90 мм і поперечним кроком 110 мм (за винятком середнього, рівного 120мм, і бічних пазух, ширина яких 387 мм).

У конвективному пучку розворот газів здійснюється в горизонтальній площині за допомогою шамотної і чавунної перегородок.

Бокові екрани в області топкової камери і стін, що обгороджують, у конвективному пучку виконані із труб Æ51х 2,5мм із кроком 58 мм.

Бічні екрани труб конвективного пучка мають загальний нижній колектор.

У котлах застосовані схеми одноступінчастого випару. Живильна вода з економайзера подається у верхній барабан під рівень води по перфорованій трубі. У нижній барабан котлова вода опускається по задніх трубах конвективного пучка. Передні труби конвективного пучка є випарними. З нижнього барабана вода по пропускних трубах надходить у камери лівого й правого екранів. Крім того, котлова вода з верхнього барабана по опускних стояках, розташованим на фронті котла, надходить у нижні колектори бічних екранів.

Для одержання перегрітої пари за п'ятьма першими рядами труб пучка замість випарних труб установлюється пароперегрівник із труб Æ 32 х 3 мм із камерами Æ 15 9х 6 мм.

Сепараційний пристрій розташовується у верхньому барабані і складається з відбійних щитів і козирків, що осушують пар.

Парова суміш виходить із випарних труб у верхній барабан, де відбувається барбатаж пари, через шар води. Пара, отсепарований у паровому просторі барабана, проходить через пароприємну дірчасту стелю, установлену на відстані 50 мм від верхньої утворюючої барабана, і направляється в паропровід.

Котли обладнаються системою повернення віднесення гострим дуттям. Віднесення, що осідає в чотирьох зольниках котла вертається в топку за допомогою інжекторів і вводиться в топкову камеру на висоті 400 мм від ґрат.

Змішувальні труби повернення віднесення виконані прямими, без поворотів, що забезпечує надійну роботу систем.

Повітря гострого дуття вводиться в топку через задню стінку залежно від паропродуктивності котла 5 – 12 соплами d = 20мм. Сопла встановлені на висоті 500 мм від рівня колосникового полотна. Повітря в систему повернення віднесення і гострого дуття подається від високонапірного вентилятора продуктивністю 1000 м³/год і повним напором 380 мм. вод. ст.

Котли ДКВР – 2.5 – 14С для спалювання кам'яних і бурих вугіль забезпечується топками ТЛЗМ – 2,7/3,0 з пневмомеханічними закидувачами і стрічковими ланцюговими ґратами зворотного ходу.

Рама ґрат служать опорою колекторів бічних екранів казана.

Технічна характеристика котла ДКВР – 2.5 – 14С

Найменування	Одиниця виміру	Значення
Паропродуктивність	т/год	2,5
Тиск пару	МПа	1,4
Температура пару	°С	195
Об’єм топки	м³	10,4
Площа поверхні стін топки	м²	36,4
Поверхня нагріву:
радіаційна	м²	16,7
конвективна	м²	??207,3?
Коефіцієнт корисної дії	%	??81-83?
Топковий пристрій	тип	??ТЛЗМ–1870/3000
Площа дзеркала горіння	м²	2,76
Габаритні розміри:
довжина	м	6,9
ширина	м	4,3
висота	м	4,15?
Маса в об’ємі заводської поставки	кг	13946?

2 РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА.

ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК КОТЛА

2.1. Характеристика палива

Згідно завдання паливом для котла ДКВР – 2.5 – 14С є Донецьке кам'яне вугілля марки ГО. Склад палива прийнятий за справочними даними [7, табл. 2.1]

Таблиця 2.1. Елементарний состав палива, %

W^p = 11,0		N^p = 1,0
A^p = 26,7		O^p = 5,6
H^p = 3,4	C^p = 49,2	S_р = 3,1
Нижча теплота згоряння палива МДж/кг		Вихід летучих на горючу масу, %V_г = 40,0??

2.2 Об’єм повітря і продуктів згоряння

2. 2 1. Коефіцієнт надлишку повітря в топці

a_т = 0,5

2.1.2. Присоси повітря в газоходах тепло генератора

перший котельний пучок - Da = 0,05;

другий котельний пучок - Da = 0,1;

чавунний економайзер - Da = 0,1.

2.2.3. Коефіцієнт надлишку повітря за кожною поверхнею нагріву:

де i – номер поверхні нагріву після топки по ходу продуктів згоряння; a_т – коефіцієнт надлишку повітря на виході з топки.

a_пп = 1,45;

a₁ = 1,475;

a₂ = 1,55;

a_ек = 1,65.

2.2.4 Теоретичні об’єми повітря і продуктів згоряння

Теоретичний обсяг повітря, м³/кг

Теоретичний обсяг азоту, м³/кг

Теоретичний обсяг трьохатомних газів, м³/кг

Теоретичний об’єм водяних парів м³/кг

2.2.5 Середні характеристики продуктів згоряння

До середніх характеристик продуктів згоряння ставляться:

- середні коефіцієнти надлишку повітря в поверхнях нагрівання a_сер

- середні обсяги продуктів згоряння V_г, м³/кг

- середні об'ємні частки сухих трьохатомних газів і водяного пару ;

- середні сумарні об'ємні частки трьохатомних газів r_н.

Розрахунок середніх характеристик виконаний у табличній формі

Таблиця 2.1 Середні характеристики продуктів згоряння в поверхнях нагрівання

Величини	Вел.	Теоретичні об'єми продуктів згоряння, м3/кг 5,19; = 0,94; = 4,11; = 0,51
		Ділянки газового тракту
		топка	пароперегр.	перший конвективн. пучок	другий конвективн.пучок	Економайз.
1	2	3	4	5	6	7
1. Присоси повітря по газо-ходах ∆	–			0,05	0,1	0,1
Коефіцієнт надлишку повітряна виході газоходу, a	–
Розрахунки середнього коефіцієнта надлишку повітря, a_i+1=0,5 (a¢+ a²)	–	1,45		1,475	1,55	1,65
2. Об'єм 2-х атомних газів	м³/кг	6,45		6,58	6,94	7,48
3. Об'єм водяних пар	м³/кг	0,548		0,55	0,556	0,564
4. Об'єм димових газів	м³/кг	7,938		8,07	8,46	8,98
5. Об'ємні частки 3 - х атом-них газів:		0,118		0,117	0,111	0,105
6. Об'ємна частка водяних пари	м³/кг	0,069		0,068	0,066	0,063
7. Загальна об'ємна частка триатомних газів	м³/кг	0,187		0,185	0,177	0,167
8. Частка золи палива, уно-сима газами [7, табл. 4.1]	–	0,13
8. Концентрація золи димових газів	г/ м³	4,37		4,3	4,1	3,86
11. Наведена зольність	кг×10²МДж	1348,5		1348,5	1348,5	1348,5

2.3 Ентальпія повітря і продуктів згоряння

2.3. Розрахунок ентальпій повітря і продуктів згоряння

Розрахунок ентальпій повітря и продуктів згорання виконуємо в послідовності:

Розраховуємо ентальпію теоретичного об’єма повітря за формулою кДж/м³,:

= V^о∙(с∙J)_п,

де (с∙t)_в – ентальпія 1 м³ повітря для заданої температури [7, по табл. 3.4].

Ентальпія надлишку повітря для всього вибраного діапазону температур, кДж/м³:

= (a-1)∙ .

Ентальпію теоретичного обє¢му продуктів згорання визначаємо за формулою, кДж/м³:

= V^o_RO2∙(c∙J)_RO2 + V^o_R2∙(c∙J)_R2 + V^o_H2O∙(c∙J)_H2O,

де (c∙J)_RO2, (c∙J)_R2, (c∙J)_H2O – ентальпії відповідних газів при вибраній температурі [7, табл. 3.4].

ентальпія продуктів згорання з коефіцієнтом надлишку повітря a>1 визначаємо за формулою, кДж/ м³:

I_г = + (a-1)∙ .

Результати розрахунків зводяться у таблицю 2.2

Таблиця 2.2 Ентальпія повітря і продуктів згоряння

J, °C			Газоходи
			Топка	Паропере-грівач	І газохід	ІІ газохід	Еконо-майзер

30	207	0	0	0	0	0	0
100	690	771	2,8	1082	1099	1151	1220
200	1386	1566	5,9	2189	2224	2328	2466
300	2097	2379	9,2	3323	3375	3532	3742
400	2818	3218	12,5	4486	4557	4768	5050
600	4318	4960	19,5	6903	7011	7335	7767
800	5885	6794	26,7	9443	9590	10031	10619
1000	7474	8705	34,3	12068	12255	12815	13562
1200	9134	10644	42	14754	14983	15668	16581
1400	10811	12650	55	17515	17785	18596	19677
1600	12513	14669	65,3	20300	20613	21551	22803
1800	14210	16719	76	23113	23469	24534	25955
2000	15954	18795	87,5	25975	26374	27570	29166
2200	17698	20899	-	28863	29305	30633	32403

2.4 Тепловий баланс котла

Цілиною складання теплового балансу котла є визначення розрахункової витрати палива В_р, кг/с; ККД, h_бр, %; коефіцієнта збереження теплоти j.

ККД котла визначається по зворотному балансі

де q₂ – втрата теплоти з газами, що відходять, %;

q₃ – втрата теплоти з хімічним недопалом, %;

q₄ - втрата теплоти з механічним недопалом, %;

q₅ - втрата теплоти в навколишнє середовище, %;

q₆ – втрати з фізичною теплотою шлаків, %.

Розрахункова витрата палива визначається по прямому балансі

де Q_к – корисно використана теплота, МВт;

- робоча розташовувана теплота, кДж/кг;

Q_до – корисно використана теплота визначається по формулі:

де D_к – розрахункова паропродуктивність казана, кг/з;

і² і¢, і_ж_.в – ентальпія сухої насиченої пари, котлової і живильної води, відповідно, кДж/кг.

Робоча розташовувана теплота прирівнюється до нижчої теплоти згоряння палива

= ,

тому що / 0,625 = 19,8/ 0,625 = 31,68, що більше W_p = 11%.

Тепловий баланс котла складається у формі таблиці.

Таблиця 2.3 Тепловий баланс котла

Найменування величини	Познач	Спосіб визначення величини	Розрахунок
1	2	3	4
Нижча теплота зго-ряння палива, кДж/кг		4.табл 1.6	19800
Робоча розташовувана теплота, МДж/кг		=	19800
Втрати теплоти з хімічним недожогом, %	q₃	[7, табл. 4.1].	0,5
Втрати теплоти з механічним недожо-гом, %	q₄	[7, табл. 4.1].	3,5
Температура газів, що відходять, °С	J_yx	за завданням	160
Ентальпія газів, що відходять, кДж/кг	Н_ух	табл 2.2	1367
Температура холодного повітря, °С	t_х.в	приймається	30
Ентальпія холодного повітря при a=1 МДж/кг		табл 2.2	206,6
Коефіцієнт надлишку повітря в газах, що відходять	a_ух		1,65
Втрати тепла від зовнішнього охолодження котла,%		[7, табл. 4.5].	3,8
Коефіцієнт корисної дії котла, %	hк	100-(q2+q3+q4+q5+q6)	100-(4,8+0,5+3,5+3,8+0,66 )= 86,7
Корисно використана теплота, МВт	Qк		0,7(2790+377)+0,03 0,7(830-377) = 2226,5
Розрахункова витрата палива, кг/з	Вр		2226,5/(19800 0,867) = 0,13
Коефіцієнт збереження тепла	j		1-0,038/(0,908+0,038) = 0,96