Тепловой расчет котла КЕ-10-14
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное Государственное Бюджетное Общеобразовательное Учреждение
Высшего Профессионального Образования
«Магнитогорский
(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)
Кафедра «Теплогазоснабжение, вентиляция и
водоснабжение, водоотведение»
курсовая Работа
по дисциплине: «
на тему: «Тепловой расчет котла КЕ-10-14»
Исполнитель: Смольникова П.В., студент 3 курса, группы СО-10
Руководитель: Трубицына Г.Н., канд. техн. наук., доцент
Работа допущена к защите « » 20 г.
(подпись)
Работа защищена « » 20 г. с оценкой
(подпись)
Магнитогорск 2013
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Магнитогорский государственный технический университет
им. Г. И. Носова»
(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)
Кафедра «Теплогазоснабжение, вентиляция и
водоснабжение, водоотведение»
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Тема:
Студенту
(фамилия имя отчество)
Исходные данные:
Сроки сдачи: « » 20 г
Руководитель:
(подпись)
Задание получил:
(подпись)
Магнитогорск 20
Оглавление
ЗАДАНИЕ |
3 |
1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ |
3 |
2.УСТРОЙСТВО И РАБОТА КОТЛА КЕ-10-14 С (ТЛЗМ) |
5 |
2.1. Общий вид |
5 |
2.2. Описание |
5 |
2.3.Трубная система котла КЕ- |
7 |
2.4. Барабан котла КЕ-10 |
8 |
2.5. Автоматика котла КЕ-10-14С |
8 |
2.6.Водяной экономайзер |
9 |
2.6.1. Экономайзеры чугунные |
9 |
2.6.2. Модификации |
9 |
2.6.3. Характеристика чугунных |
11 |
3.РАСЧЕТ ОБЪЕМОВ И ЭНТАЛЬПИЙ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ И ВОЗДУХА |
12 |
3.1. Расчет объемов продуктов сгорания и воздуха. |
12 |
3.2. Расчет продуктов сгорания в поверхностях нагрева |
13 |
3.3. Расчет энтальпий продуктов сгорания и воздуха |
15 |
4.ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА |
16 |
ЗАДАНИЕ
Необходимо произвести поверочный расчет котельного агрегата типа КЕ-10 с элементами конструктивного расчета отдельных поверхностей нагрева (водяного экономайзера). Основной целью поверочного расчета является определение основных показателей работы котельного агрегата, а также конструктивных мероприятий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность его эксплуатации при заданных условиях.
1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Котельный агрегат КЕ-10-14С на твердом топливе, марки Г (каменные угли газовые), РФ, Ростовской обл., Донецкого угольного бассейна, класса – отсев. [1, таблицы стр.152]
Таблица 1
Конструктивные характеристики парового котла типа КЕ-10-14С
Бийского котельного завода [2, табл.8.21]
№ |
Наименование показателя |
Значение |
1 |
Паропроизводительность, |
|
2 |
Давление пара на выходе из котла, (кгс/см2) |
|
3 |
Температура пара, |
|
4 |
Температура питательной воды, |
|
5 |
Температура уходящих топочных газов, |
|
6 |
Вид расчетного топлива |
Донецкий каменный уголь |
7 |
Расход топлива |
|
8 |
Тип топочного устройства |
ТЛЗМ |
9 |
Поверхность площади зеркала горения, м2 |
6,39 |
10 |
Объем топочной камеры, м3 |
22,6 |
11 |
Радиационная площадь |
30,3 |
12 |
Площадь поверхности нагрева |
207,3 |
13 |
КПД котла брутто, |
|
14 |
Габаритные размеры котламм: длина |
6325 |
Таблица 2
Рабочая масса топлива [1, таблицы стр.152-153]
WP |
AP |
SРк |
SРор |
CP |
HP |
NP |
OP |
SРл (SРк+ SРор) |
11 % |
26,7 % |
1,9 % |
1,2 % |
49,2 % |
3,4 % |
1 % |
5,6 % |
3,1 % |
2.УСТРОЙСТВО И РАБОТА КОТЛА КЕ-10-14С
2.1.Общий вид [6, http://biek.ru/ke-10-14_mt-o]
2.2. Описание [6, http://biek.ru/ke-10-14_mt-o]
Паровой котёл КЕ-10-14 С с естественной циркуляцией производительностью от 2,5 до 10 т/ч со слоевыми механическими топками предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Топочная камера котла КЕ-10-14 С образована боковыми экранами, фронтовой и задней стенками. Топочная камера котлов КЕ паропроизводительностью от 2,5 до 10 т/ч разделена кирпичной стенкой на топку глубиной 1605-2105 мм и камеру догорания глубиной 360-745 мм, которая позволяет повысить КПД котла снижением механического недожога. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла асимметричные. Пол камеры догорания наклонен таким образом, чтобы основная масса падающих в камеру кусков топлива скатывалась на решетку.
В котлах КЕ применена схема одноступенчатого испарения. Вода циркулирует следующим образом: питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе. В нижний барабан вода сливается по задним обогреваемым трубам кипятильного пучка. Передняя часть пучка (от фронта котла) является подъемной. Из нижнего барабана вода по перепускным трубам поступает в камеры левого и правого экранов. Питание экранов осуществляется также из верхнего барабана по опускным стоякам, расположенным на фронте котла.
Блоки котлов типа КЕ производительностью от 2,5 до 10 т/ч опираются камерами боковых экранов на продольные швеллеры. Камеры приварены к швеллерам по всей длине. В области конвективного пучка блок котла опирается на задние и передние поперечные балки. Поперечные балки крепятся к продольным швеллерам. Передняя балка крепится неподвижно, задняя - подвижно.
Обвязочный каркас котлов серии КЕ устанавливается на уголках, приваренных вдоль камер боковых экранов по всей длине.
Для
возможности перемещения
Котёл КЕ-10-14 с топкой ТЛЗМ-2-2,7/3,0 паропроизводительностью - 10 т/ч оборудованы стационарным устройством очистки поверхностей нагрева согласно проекту завода.
В качестве топочного устройства, для сжигания отечественных каменных и бурых углей, устанавливаются топки типа ТЛЗМ с пневмомеханическими забрасывателями и моноблочной ленточной цепной решеткой обратного хода. Рама решетки служит опорой коллекторов боковых экранов котлов.
Котел КЕ-10-14 с топкой ТЛЗМ-2-2,7/3,0 комплектуется с питателем топлива ленточный ПТЛ-400, ПТЛ-600 и решеткой с поворотными колосниками.
За котельными агрегатами в случае сжигания каменных и бурых углей с приведенной влажностью W < 8 устанавливаются водяные экономайзеры, а при сжигании бурых углей с приведенной влажностью W ≥ 8 - трубчатые воздухоподогреватели.
Площадки котлов типа КЕ расположены в местах, необходимых для обслуживания арматуры котлов. Основные площадки котлов: боковая площадка для обслуживания водоуказательных приборов; боковая площадка для обслуживания предохранительных клапанов и запорной арматуры на барабане котла; площадка на задней стенке котла для обслуживания продувочной линии из верхнего барабана и для доступа в верхний барабан при ремонте котла.
На боковые площадки ведут лестницы, на заднюю площадку - спуск (короткая лестница) с верхней боковой площадки.
Каждый
котел типа Е (КЕ) паропроизводительностью
от 2,5 до 10 т/ч оснащен контрольно-
Котлы КЕ-10-14 с топкой ТЛЗМ-2-2,7/3,0 оборудованы двумя предохранительными клапанами, один из которых контрольный. У котлов с пароперегревателями контрольный предохранительный клапан устанавливается на выходном коллекторе пароперегревателя. 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. На колене для спуска воды установлен запорный вентиль с условным проходом 50 мм.
У котлов производительностью от 2,5 до 10 т/ч через патрубок периодической продувки осуществляются периодическая и непрерывная продувки. На линиях периодической продувки из всех нижних камер экранов установлены запорные вентили. На паропроводе обдувки установлены дренажные вентили для отвода конденсата при прогреве линии и запорные вентили для подачи пара к обдувочному прибору. Вместо паровой обдувки может быть поставлена газоимпульсная или генератор ударных волн (ГУВ).
На
питательных трубопроводах
Котёл КЕ-10-14 с топкой ТЛЗМ-2-2,7/3,0 обеспечивают устойчивую работу в диапазоне от 25 до 100% номинальной паропроизводительности. Надежность котлов характеризуется следующими показателями:
Средняя наработка на отказ, ч |
3000 |
Средний ресурс между кап.ремонтами, лет |
3 |
Средний срок службы до списания, лет |
20 |
Испытания и опыт эксплуатации большого числа котлов типа КЕ подтвердили их надежную работу на пониженном, по сравнению с номинальным, давлении. С уменьшением рабочего давления КПД котлоагрегата не уменьшается, что подтверждено сравнительными тепловыми расчетами котлов на номинальном и пониженном давлении. В котельных, предназначенных для производства насыщенного пара, котёл КЕ-10-14 с топкой ТЛЗМ-2-2,7/3,0 при пониженном до 0,7 МПа давлении обеспечивают такую же производительность, как и при давлении 1,4 МПа.
Для котла КЕ 10 14 с топкой ТЛЗМ 2 2,7/3,0 пропускная способность предохранительных клапанов соответствует номинальной паропроизводительности при абсолютном давлении 1,0 МПа.
При работе на пониженном давлении предохранительные клапаны на котле и дополнительные предохранительные клапаны, устанавливаемые на оборудовании, должны регулироваться на фактическое рабочее давление.
С понижением давления в котлах до 0,7 МПа комплектация котлов экономайзерами не изменяется, так как в этом случае недогрев воды в питательных экономайзерах до температуры насыщения пара в котле составляет 20°С, что удовлетворяет требованиям правил Госгортехнадзора.
2.3.Трубная система котла КЕ-10 [6, http://biek.ru/ke-10]
- Трубы и камеры котлов КЕ-10 изготовляются из углеродистой стали 10 и 20 (ГОСТ 1050-60).
- Экраны и конвективные пучки выполняются из стальных бесшовных труб диаметром 51 мм и толщиной стенки 2,5 мм с радиусом сгиба 400 мм, при котором очистка внутренней поверхности труб шарошками не представляет затруднений.
- Боковые экраны КЕ 10 выполнены с шагом 80 мм. В котлах, имеющих фронтовой и задний экраны, шаг труб принят 130 мм.
- Камеры изготовляются из труб диаметром 219 мм с толщиной стенки 8 мм для котлов на давление 13 атм, 10 мм - на давление 23 атм и 15 мм на давление 39 атм.
- Котельные пучки всех котлов имеют коридорное расположение труб. Ширина конвективного пучка котлов производительностью 2,5 и 4 т/ч - 2100 мм, производительностью 6,5 и 10 т/ч - 2730 мм, а котлов производительностью 20 т/ч в передней части - 2730 мм, в задней - 2100 мм.
Выход дымовых газов осуществляется через заднюю стенку; допускается выход газов вверх, вниз или через боковую стенку. Очистка труб экранов котлов КЕ с длинным барабаном производится из верхнего барабана, а у котлов КЕ-10 с коротким барабаном - через боковые лючки, установленные на верхних камерах. В нижних точках камер экранов расположен штуцер для продувки и спуска воды.
2.4. Барабан котла КЕ-10 [6, http://biek.ru/barabany_kotla_
Барабан котла КЕ-10 рабочее давление 1,3 и 2,3 МПа, производятся из стали 16ГС, 09Г2С, стенка толщиной 13 и 20 мм соответственно. Технология изготовления барабанов котла КЕ-10 аналогична первоночально-заложеной заводской; раскрой метала, обработка кромки листа, прокатка обечаек через вальцы, сварка под флюсом с применением сварочного автомата, изготовление отверстий под котловую трубу методом фрезерования (с последующей дополнительной мехобработкой отверстия, что при вальцевании трубы во время проведения монтажа, даёт более надёжное соединение). Контроль сварных швов обеспечивается за счёт провидения ультразвуковой диагностики швов барабана котла КЕ-10. Как готовому изделию барабану котла КЕ-10 присваивается номер, ставятся клейма с приложением сертификата и разрешения на применение выданное "РОСТЕХНАДЗОРОМ".
Для осмотра барабанов котлов КЕ
и расположенных в них
2.5.
Автоматика котла КЕ-10-14С [6, http://biek.ru/avtomatika_
Функции автоматики котла:
1. Защита, автоматика
котла КЕ-10-14 С, при исчезновении напряжения
питания и при отклонении технологических
параметров от нормы:
● при повышении давления пара в барабане котла;
● при повышении или понижении уровня в барабане котла;
● при понижении разрежения в топке;
● при понижении давления воздуха;
● при отключении электродвигателей дымососа или вентилятора.
2. Аварийная световая и звуковая сигнализация при отклонении технологических параметров от нормы и запоминание первопричины аварии;
3. Автоматическое регулировани
4. Автоматическое регулировани
5. Автоматика котла КЕ-10-14 С обеспечивает
контроль и регистрацию
● уровень воды в барабане котла;
● давление пара в барабане котла;
● давление воздуха;
● разрежение в топке и перед дымососом;
6. Автоматика котла КЕ-10-14 С обеспечивает
контроль по месту давления
воздуха, давления пара в
2.6.Водяной экономайзер
[7, http://www.dlyakotlov.ru/
2.6.1. Экономайзеры чугунные
Водяной экономайзер представляет собой трубчатый теплообменник, в котором питательная вода перед поступлением в котел подогревается до температуры 30 – 40 оС ниже температуры кипения, чтобы предотвратить парообразование и гидравлические удары внутри него. Подогрев происходит за счет теплоты уходящих газов, тем самым повышая КПД котельного агрегата.
2.6.2. Модификации
Пример условного обозначения чугунных экономайзеров:
ЭБ1-300И(П) – экономайзерный блок с одной колонкой, площадью поверхности нагрева 300 м2 и газоимпульсной (И) или паровой (П) очисткой.
Типоразмеры – ЭБ2-94И(П); ЭБ2-142И(П); ЭБ2-200И(П); ЭБ2-236И(П); ЭБ1-300И(П); ЭБ1-330И(П); ЭБ1-378И; ЭБ1-646И(П); ЭБ1-708И(П); ЭБ1-808И(П); ЭБТ2- 43.
Рис 1. Блочный одноколонковый чугунный водяной экономайзер.
А – продольный разрез; Б – поперечный разрез;
1 – заслонка; 2 – обдувочное устройство; 3 – чугунные оребрённые трубы; 4 – газоход.
В паровых
котлах температура
Экономайзеры чугунные блочные
применяется в качестве
Экономайзеры устанавливаются
Экономайзеры
данного типа выполняют из чугунных
ребристых труб с фланцами, которые
соединяют между собой с
Рис. 2. Детали чугунного водяного экономайзера.
А – ребристая труба; Б – соединение труб с помощью калача (дуги).
Число труб в пакете в горизонтальной плоскости определяется исходя из скорости продуктов сгорания, обычно в диапазоне 6—9 м/с; число горизонтальных рядов определяется потребной общей поверхностью нагрева.
Вода движется последовательно по всем трубам снизу вверх, а продукты сгорания проходят через зазоры между ребрами труб сверху вниз. При такой схеме движения воды (подъёмном), обеспечивается лучшее удаление воздушных пузырьков. Для удаления возможных отложений, наружные поверхности экономайзеров периодически при помощи обдувочных аппаратов подвергают обдувке паром (П) или сжатым воздухом (газоимпульсная (И) очистка).
Рис. 5. Движение воды и продуктов сгорание в экономайзере.
Для обеспечения надежной
Рис. 6. Схема включения чугунного экономайзера.
1 – барабан котла;
2 – запорный вентиль;
3 – обратный клапан;
4 – вентиль на сгонной линии; 5 – предохранительный
клапан; 6 – вентиль воздушника; 7 – чугунный
водяной экономайзер; 8 – дренажный вентиль.
Чугунные экономайзеры поставляют или в виде отдельных деталей со сборкой на месте монтажа, или в виде транспортабельных блоков в облегченной обмуровке с металлической обшивкой.
Экономайзеры ЭБ2-94И(П) – ЭБ2-
Достоинство чугунных
2.6.3. Характеристика чугунных экономайзеров
Таблица 3
Характеристика чугунных экономайзеров
Параметры |
Тип экономайзера (рекомендуемый для котла КЕ-10-14С) | |
ЭБ1-300 |
ЭБ-330 | |
Поверхность нагрева, м2 |
302,4 |
330,4 |
Число колонок |
1 |
1 |
Длина экономайзерной трубы, м |
2 |
2 |
t воды, мин. oС вх./вых. |
100/140 |
100/140 |
Номинальный расход воды, т/ч |
11,0 |
17,6 |
Масса, кг |
10650 |
11420 |
Импульсная камера | ||
Диаметр, мм |
219 |
219 |
Кол-во |
2 |
2 |
Тип короба (рекомендуемый) | ||
Топливо – каменный уголь |
08 |
08 |
Габариты (без импульсной камеры и короба) | ||
Длина, мм |
2530 |
2530 |
Ширина, мм |
1178 |
1328 |
Высота, мм |
3675 |
3525 |
Рекомендуемые типы котлов |
КЕВ-10-14; ДКВр-10-13(23); |
КЕВ-10-14; ДКВр-10-13(23); |
3.Расчет объемов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха
3.1. Расчет объемов продуктов сгорания и воздуха [3, стр.21]
Определим теоретический объем воздуха, необходимый для полного горения:
Определим теоретический объем продуктов сгорания (если α=1)
азота:
трехатомных газов:
водяных паров:
продуктов сгорания:
Расчет объемов продуктов сгорания и воздуха приведен в таблице 4.
Таблица 4
Результат расчета объемов продуктов сгорания и воздуха
Наименование величины |
Обозначение |
Расчетная формула |
Размерность |
Расчет |
Результат |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Теоретическое количество воздуха, необходимое для горения |
|
|
|||
Теоретический объем азота |
|||||
Объем сухих трехатомных газов |
|
||||
Теоретический объем водяных паров |
|
|
|||
Теоретический объем продуктов сгорания |
3.2. Расчет продуктов сгорания в поверхностях нагрева [3, стр.21]
Коэффициент избытка воздуха за газоходом:
, где по прил.9, [3] принимается 0,15
Коэффициент избытка воздуха средний:
Объём водяных паров на поверхностях нагрева:
Объем продуктов сгорания:
Объемная доля сухих трехатомных газов :
, где
Объемная доля водяных паров:
, где
Суммарная объемная доля трехатомных газов:
Масса дымовых газов (для твердого топлива):
=1- (AР/100)+1,306·α”·Vво(кг/кг)
=1- (26,7/100)+1,306·1,4·5,1918=
=1- (26,7/100)+1,306·1,475·5,1918=
=1- (26,7/100)+1,306·1,625·5,1918=
Концентрация золы в дымовых газах (для твердого топлива):
(AР αун)/(100 Gг)
( 26,7·0,18)/(100·10,225)=0,0047
(26,7·0,18)/(100·10,734)=0,
(26,7·0,18)/(100·11,751)=0,
где αун – доля золы, уносимая из топки, принимается по приложению 13, [3].
Расчет продуктов сгорания в поверхностях нагрева приведен в таблице 5.
Таблица 5
Результат расчета действительных продуктов сгорания в поверхностях нагрева
№ |
Наименование величин |
Обозначение |
Расчетная формула |
Размерность |
Газоходы | ||
Топка, фестон |
Конвективные пучки |
Экономайзер | |||||
1 |
Коэффициент избытка воздуха за газоходом |
i=αm+∑∆α(0,15) |
- |
1,4 |
1,55 |
1,7 | |
2 |
Коэффициент избытка воздуха средний |
(+ )/2 |
- |
1,4 |
1,475 |
1,625 | |
3 |
Объем водяных паров |
VH2O |
V0H2O+ 0,0161·(–1)·Vво |
м3/кг |
0,631 |
0,637 |
0,649 |
4 |
Объем продуктов сгорания |
Vг |
м3/кг |
7,72 |
8,11 |
8,89 | |
5 |
Объемная доля сухих трехатомных газов |
rRO2 |
VRO2/ Vг / Vг |
- |
0,121 |
0,115 |
0,105 |
6 |
Объемная доля водяных паров |
rH2O |
VH2O/ Vг / Vг |
- |
0,077 |
0,074 |
0,067 |
7 |
Суммарная объемная доля трехатомных газов |
rn |
rRO2 + rH2O |
- |
0,192 |
0,182 |
0,178 |
8 |
Масса дымовых газов (для твердого топлива) |
Gг |
1– ()+ +1,306·α·Vво |
кг/кг |
10,225 |
10,734 |
11,751 |
9 |
Концентрация золы в дымовых газах (для твердого топлива) |
μзл |
|
0,0047 |
0,0045 |
0,0041 | |