Тепловой расчет котла КЕ-4-14
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное
государственное бюджетное
высшего профессионального образования
«Магнитогорский государственный технический университет
им. Г. И. Носова»
(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)
Кафедра «Теплогазоснабжение, вентиляция и
водоснабжение, водоотведение»
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТУ)
Тема:
Студенту
(фамилия имя отчество)
Исходные данные:
Сроки сдачи: « » 20 г
Руководитель:
(подпись)
Задание получил:
(подпись)
Магнитогорск 2012
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное
Государственное Бюджетное
Высшего Профессионального Образования
«Магнитогорский Государственный
Технический Университет им.Г.
(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)
Кафедра «Теплогазоснабжение, вентиляция и
водоснабжение, водоотведение»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «
на тему: «Тепловой расчет котла КЕ-4-14»
Исполнитель: Ермолаева Л.В.. , студент 3 курса, группы СО-10
Руководитель: Трубицина Г.Н., канд. техн. наук., доцент
Работа допущена к защите « » 20 г.
(подпись)
Работа защищена « » 20 г. с оценкой
(подпись)
Магнитогорск 2012
СОДЕРЖАНИЕ
Задание
Таблица 1 – Конструктивные характеристики
КЕ 4-14
Устройство
и работа котла КЕ 4 – 14
Водяные экономайзеры котлов
Таблица 2 - Расчет теоретических объемов
воздуха и дымовых газов
Таблица 3 – Расчет действительных продуктов сгорания в поверхностях нагрева 11
Таблица 4 - Расчет энтальпии продуктов
сгорания
Таблица 5 - Тепловой баланс котельного
агрегата.
Список литературы
Задание
Сделать тепловой расчет котлоагрегата типа КЕ-4–14 на твердом топливе, марки Б2, РСФСР, Тульская, Смоленская область , класса – Р (рядовой уголь).
Рабочая масса топлива:
WP=31,0%
AP=29%
SPор =1.2%
SPк =0,9%
CP=26%
HP=2,2%
NP=0,4%
OP = 9,3%
Таблица 1 – Конструктивные характеристики КЕ 2,5-14
Тип котла |
Паровой |
Вид расчетного топлива |
Каменный и бурый уголь |
Паропроизводительность, т/ч |
4 т/ч |
Рабочее (избыточное) давление теплоносителя на выходе, МПа (кгс/см2) |
1,4 (14,0) |
Температура пара на выходе, °С |
195 |
Температура питательной воды, °С |
100 |
Расчетный КПД, % |
80 |
Площадь нагрева радиационная, м2 |
19,8 |
Площадь нагрева конвективная, м2 |
66,5 |
Площадь нагрева экономайзерная, м2 |
94 |
Площадь зеркала горения, м2 |
2,75 |
Устройство и работа котла КЕ 4 - 14
Котлы КЕ 4 – 14 - твердотопливные котлы со слоевыми механическими топками, предназначенные для выработки насыщенного или перегретого пара посредством сжигания каменного и бурого углей для технологических нужд промышленных предприятий, в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Котельная установка на базе парового котла КЕ 4-14 состоит из:
блока котла, топочного устройства, экономайзера, арматуры, гарнитуры, устройства для подвода воздуха в топку, устройства для удаления отходящих газов.
Топочная камера образована боковыми экранами, фронтовой и задней стенками. Топочная камера котлов паропроизводительностью от 2,5 до 10 т/ч разделена кирпичной стенкой на топку и камеру догорания, которая позволяет повысить КПД котла снижением механического недожога. У котла КЕ-4-14 диаметр нижнего и верхнего барабанов составляет 1000 мм. Межцентровое расстояние установки барабанов - 2750 мм.
На задних днищах верхних и нижних барабанов, а также на переднем днище верхнего барабана размещены лазы для внутреннего осмотра котла.
В котлах применена схема
Для сжигания топлива котёл снабжается топочным устройством типа ТЛЗМ с пневмомеханическими забрасывателями с моноблочной ленточной цепной решётной обратного хода.
Котёл КЕ-4-14(ТЛЗМ) снабжён устройством возврата уноса, возвращающего в топку для дожигания, оседающий в газоходе, унос. В топочных камерах струи острого дутья образуют газовые вихри в вертикальной плоскости, способствующие сепарации и многократной циркуляции уноса, что ведёт к уменьшению химического недожога и улучшению выгорания мелочи во взвешенном состоянии.
Каждый котел типа КЕ
На верхнем барабане котла устанавливается
следующая арматура: главная паровая
задвижка (у котлов без пароперегревателя),
клапаны для отбора проб пара, а
также отбора пара на собственные
нужды, манометр. На колене для спуска
воды и на линиях периодической продувки
из всех нижних камер экранов установлены
запорные клапана. На питательных трубопроводах
перед экономайзером
Котел КЕ оснащён лестницами и площадками
для удобства обслуживания, системой
возврата-уноса несгоревших
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.[5]
Рис. 1. Котел паровой КЕ-4-14С, основные элементы: верхний и нижний барабаны с внутренним диаметром 1000 мм, левый и правый боковые экраны и конвективный пучок
Водяные экономайзеры котлов
Водяной
экономайзер котла как один из
основных элементов котельных установок
прежде предназначался для использования
тепла отходящих газов, покидающих
котлы. По мере повышения давления пара
все более увеличивается
Рисунок 2 - Общий вид пакета водяного экономайзера: 2 - трубные змеевики; 3 - коллектор; 7 - опорная балка; 8 - опорные стойки.
При работе водяного экономайзера гидравлическое сопротивление его может быть значительным, так как движение в нем нагреваемой среды обеспечивается не за счет естественной циркуляции. Поэтому поверхность нагрева может быть выполнена из труб малого диаметра, что повышает коэффициент теплопередачи.
Температура воды на входе в водяной экономайзер определяется исходя из наиболее выгодного по тепловой схеме регенеративного подогрева.
Чугунные экономайзеры котлов (экономайзеры ЭБ, экономайзеры ЭБЧ)
Чугунные водяные экономайзеры котлов могут быть ребристыми и игольчатыми.
Обычно
чугунный ребристый экономайзер
котла размещается в
Рисунок
3 - Чугунный водяной экономайзер:
а – общий вид; б – чугунная ребристая труба; в – схема присоединения к котлу;
1 – запорная арматура; 2 – обратный клапан; 3 – дренажный вентиль; 4 – предохранительный клапан; 5 – манометр; 6 – термометр; 7 – воздушник (вантуз)
Движение вверх обязательно по той причине, что при нагревании из воды выделяются пузырьки растворенных ранее газов, которые должны из экономайзера котла удалиться. С целью надежного смывания пузырьков, скорость движения воды должна быть более 0,3 м/с, а скорость газов, во избежание чрезмерного засорения экономайзера с внешней стороны золой и сажей, не менее 5 м/с.
Чугунные ребристые экономайзеры применяют в котлах низкого и среднего давления.
Чугунные ребристые экономайзерные трубы имеют по краям прямоугольные фланцы, что дает возможность, набирая группу труб, ограничить газоход с двух сторон металлическими стенками. Возможность присоса воздуха через щели между фланцами ликвидируется асбестовым шнуром, укладываемым в особые канавки, находящиеся во фланцах.
Основное преимущество ребристых чугунных экономайзерных труб перед гладкотрубными чугунными – меньший расход металла, компактность, а следовательно, и дешевизна.
Игольчатые чугунные водяные экономайзеры мало чем отличаются от ребристых. На них вместо ребер, отлиты обтекаемые иглы. Эти экономайзеры имеют меньшее сопротивление ввиду лучшей обтекаемости. Скорость в них обычно больше 10 – 12 м/с (по газам) и они самообдуваются.
Чугунные экономайзеры котлов ЭБ состоят из пакетов чугунных ребристых труб(чугунная ребристая экономайзерная труба). Несколько горизонтальных рядов труб (до восьми) образуют группы, которые компонуют в одну или две колонки, разделенные металлической перегородкой. Группы труб (в чугунном экономайзере - чугунные экономайзерные трубы, в стальном экономайзере - стальные трубы) собирают в каркасе с глухими стенками, состоящими из изоляционных плит, обшитых металлическими листами. Торцы экономайзеров закрывают съемными металлическими щитами. Вода, нагнетаемая насосом в крайнюю нижнюю трубу нижнего ряда экономайзера, последовательно проходит все трубы и отводится из крайней трубы верхнего ряда через соединительную трубу в барабан котла. Для улучшения теплообмена, движение воды в экономайзере происходит снизу вверх, а газов в газоходе — сверху вниз.
Кроме того, необходим манометр, а в самой верхней части экономайзера — краники или приспособления для автоматического выпуска воздуха. Предохранительный клапан ставят на входной линии экономайзера перед запорным вентилем для защиты напорной линии от гидравлических ударов, которые могут возникнуть, например, при быстром пуске в ход поршневого нагнетательного насоса. Второй предохранительный клапан устанавливают в самой верхней точке экономайзера на выходной линии для выпуска воды при повышении давления.
Питательная линия присоединяется к экономайзеру котла таким образом, чтобы была возможность осуществлять питание котла, минуя экономайзер. Следует особо отметить ответственное значение обводного вентиля. Случайное открытие его при не переключенном потоке дымовых газов может вызвать вскипание воды в экономайзере котла и аварию, поэтому его следует запломбировать в закрытом состоянии. Срывать пломбу и открывать обводной вентиль можно только в случае необходимости выключения экономайзера для ремонта или осмотра.
Закипание воды в чугунном экономайзере вызывает нарушение питания котельной установки, сопровождается гидравлическими ударами и приводит к аварии.
По нормам, при входе воды в экономайзер и выходе ее из него должны быть установлены два предохранительных клапана и два запорных вентиля, причем, при перекрытии запорных вентилей в системе экономайзера, не отключенным от него должен оставаться хотя бы один из предохранительных клапанов.
Использование
паровой или газоимульсной очистки
(обозначается, "П" и "И" соответственно)
позволяет постоянно иметь чистые поверхности
нагрева экономайзера котла, что позволит
экономить топливо при минимальном уровне
обслуживании и практически полном исключении
ручного труда. Экономайзер котла может
комплектоваться устройством очистки
поверхностей нагрева - ГУВ (генератор
ударных волн).
При монтаже, чугунный экономайзер котла устанавливается
на фундамент, отдельные блоки соединяются
между собойкалачами, каркасы экономайзеров
свариваются, изготавливается и устанавливается
подводящий газовый короб с взрывными
предохранительными клапанами, экономайзер
подключается к питательным трубопроводам
котла. Монтаж системы очистки производится
в соответствии с проектом котельной и паспортом.
Чтобы обеспечить газоплотность между
экономайзером и фундаментом должен прокладываться
листовой или шнуровой асбест. При креплении
к фундаменту, нижняя рама экономайзера
приваривается к закладным элементам.
Верхний газовый короб приваривается
сплошным швом. У двухколонковых экономайзеров
перегородки экономайзера и газового
короба должны быть сварены между собой.
По окончании монтажа экономайзер котла
подвергается гидравлическому испытанию.
Таблица 2 - Расчет теоретических объемов воздуха и дымовых газов
Наименование величины |
Обозначение |
Расчетная формула |
Размер ность |
Расчет |
Результат |
Теоретическое количество воздуха, необходимое для горения |
Vo |
0,0889·(CP+ 0,375·SP )+ +0,265·HP - 0,0333·OP |
м3/кг |
0,0889·(26+0,375·2,1)+ +0,265·2,2-0,0333·9,3 |
2,65 |
Теоретический объем азота |
0,79·Vo+0,008·NP |
м3/кг |
0,79·2,65+0,008·0,4 |
2,09 | |
Объем сухих трехатомных газов |
|
0,0186·(CP+ 0,375·SP ) |
м3/кг |
0,01866·(26+0,375·2,1) |
0,499 |
Теоретический объем водяных паров |
|
0,111·HP+0,0124·WP+ +0,0161·Vo |
м3/кг |
0,111·2,2+0,0124·31+ +0,0161·2,65 |
0,67 |
Теоретический объем продуктов сгорания |
= + + |
м3/кг |
0,499+2,09+0,67 |
3,259 |
Таблица 3 – Расчет действительных продуктов сгорания в поверхностях нагрева
Определяемые величины. Расчетная формула. Размерность |
Название элементов газового тракта | ||
Топка |
Конвективные пучки |
Экономайзер | |
Присос по элементам тракта ∆α |
- |
0,15 |
0,15 |
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева α1 = αт + Σ∆α |
1,4 |
1,4+0,15=1,55 |
1,4+2·0,15=1,7 |
Средний коэффициент избытка воздуха αср= |
1,4 |
=1,475 |
=1,625 |
Объем водяных паров [м3/кг]
|
0,67+0,016(1,4-1)·2,65=0,6869 |
0,67+0,016(1,475-1)·2,65=0,69 |
0,67+0,016(1,625-1)·2,65=0, |
Полный объем газов [м3/кг]
|
3,259+(1,4-1)·2,65=4,319 |
3,259+(1,475-1)·2,65=4,5177 |
3,259+(1,625-1)·2,65=4,9152 |
Объемная доля трехатомных газов |
=0,1155 |
=0,1105 |
=0,1015 |
Объемная доля водяных паров |
=0,1551 |
=0,1483 |
=0,1363 |
Общая объемная доля газов
|
0,1155+0,1551= 0,2706 |
0,1483+0,1105= 0,2588 |
0,1015+0,1363= 0,2378 |
Масса продуктов сгорания [кг/кг] |
+1,306·1,4· 2,65=5,5552 |
+1,306·1,475· 2,65=5,8148 |
+1,306·1,625· 2,65=6,3339 |
Концентрация золы в продуктах сгорания
|
= 0,2899 |
= 0,3035 |
= 0.3306 |
Таблица 4 - Расчет энтальпии продуктов сгорания
поверхность нагрева |
температура |
|
|
|
| |
топка, фестон |
2100 |
6,432·3150= 20260,8 |
1,186·5124+ 5,0885·3108+ 0,5096·4158= 24011,0388 |
2646·0,238·0,18= 113,3546 |
(1,4-1)·20260,8= 8104,32 |
32228,71 |
1900 |
6,432·2831= 18208,992 |
1,186·4579+ 5,0885·2793+ 0,5096·3686= 21521,2601 |
2337·0,238·0,18= 100,1171 |
(1,4-1)·18208,992= 7283,597 |
28904,97 | |
1700 |
6,432·2516= 16182,912 |
1,186·4029+ 5,0885·2482+ 0,5096·3230= 19054,059 |
2057·0,238·0,18= 88,12188 |
(1,4-1)·16182,912= 6473,165 |
25615,35 | |
1300 |
6,432·1872= 12040,704 |
1,186·2964+ 5,0885·1859+ 0,5096·2340= 14167,2895 |
1352·0,238·0,18= 57,91968 |
(1,4-1)·12040,704= 4816,282 |
19041,49 | |
1100 |
6,432·1562= 10046,784 |
1,186·2453+ 5,0885·1551+ 0,5096·1914= 11776,8959 |
1100·0,238·0,18= 47,124 |
(1,4-1)·10046,784= 4018,714 |
15842,73 | |
900 |
6,432·1251= 8046,432 |
1,186·1953+ 5,0885·1242+ 0,5096·1521= 9411,2766 |
873·0,238·0,18= 37,39932 |
(1,4-1)·8046,432= 3218,573 |
12667,25 | |
800 |
6,432·1101,5= 7084,848 |
1,186·1705+ 5,0885·1093,5+ 0,5096·1334,5= 8265,87295 |
769·0,238·0,18= 32,94396 |
(1,4-1)·7084,848= 2833,939 |
11132,76 | |
пучки |
900 |
6,432·1251= 8046,432 |
1,186·1953+ 5,0885·1242+ 0,5096·1521= 9411,2766 |
873·0,238·0,18= 37,39932 |
(1,475-1)·8046,432= 3822,055 |
13270,73 |
700 |
6,432·952= 6123,264 |
1,186·1456+ 5,0885·945+ 0,5096·1148= 7120,4693 |
665·0,238·0,18= 28,4886 |
(1,475-1)·6123,264= 2908,55 |
10057,51 | |
500 |
6,432·670= 4309,44 |
1,186·990+ 5,0885·665+ 0,5096·795= 4963,1245 |
469·0,238·0,18= 20,09196 |
(1,475-1)·4309,44= 2046,984 |
7030,2 | |
200 |
6,432·263= 1691,616 |
1,186·364+ 5,0885·261,5+ 0,5096·305,5= 1918,02955 |
172,5·0,238·0,18= 7,3899 |
(1,475-1)·1691,616= 803,5176 |
2728,937 | |
в/э |
300 |
6,432·396= 2547,072 |
1,186·558+ 5,0885·393+ 0,5096·462= 2897,0037 |
264·0,238·0,18= 11,30976 |
(1,625-1)·2547,072= 1591,92 |
4500,233 |
200 |
6,432·263= 1691,616 |
1,186·364+ 5,0885·261,5+ 0,5096·305,5= 1918,02955 |
172,5·0,238·0,18=7,3899 |
(1,625-1)·1691,616= 1057,26 |
2982,679 | |
100 |
6,432·130= 836,16 |
1,186·170+ 5,0885·130+ 0,5096·149= 939,0554 |
81·0,238·0,18= 3,47 |
(1,625-1)·836,16= 522,6 |
1465,125 |
По рассчитанным данным таблицы 5 строим на миллиметровой бумаге I-t диаграмму продуктов сгорания.
Таблица 5 - Тепловой баланс котельного агрегата.
№ |
Наименование величин |
Обозначение |
Расчетная формула |
Размерность |
Значение |
1 |
Располагаемое тепло топлива |
QРР |
QРР
= QРн=339СР+1030НР-109(ОР-SлР)- |
кДж/кг |
339·62,7+1030·3,1-109·(1,7-2, |
2 |
Потери тепла с теплом шлаков |
q6 |
q6=(1-aун)(CJ)злАр/Qрр |
% |
(1-0,18)·560· 23,8/24442,2= 0,447 |
3 |
От химического недожога |
q3 |
Определяем по приложению 13 [2] |
% |
6 |
4 |
От механического недожога |
q4 |
Определяем по приложению 13 [2] |
% |
0,75 |
5 |
В окружающую среду |
q5 |
Определяем по таблице 10 [2] |
% |
3,6 |
6 |
Температура уходящих газов |
Определяем по таблице 11 [2] |
˚С |
160 | |
7 |
Энтальпия уходящих газов |
Iух |
По I – t диаграмме при t=160˚С |
кДж/кг |
2400 |
8 |
Энтальпия теоретического объема холодного воздуха |
I0хв |
По I – t диаграмме при t=30˚С |
кДж/кг |
600 |
9 |
Потеря тепла с уходящими газами |
q2 |
q2=(Iух- αухI0хв)(100-q4)/ QРР |
% |
(2400-1,7·600)·(100-0,75)/ 5,603 |
10 |
КПД котельного агрегата |
ηка |
100 - Σ qi |
% |
100-0,447-6-0,75-3,6-5,603=83, |
11 |
Расчетная производительность |
Dнп |
Dнп=2,5·1000/3600 |
кг/с |
0,694 |
12 |
Давление насыщенного пара |
рнп |
По характеристике котла |
МПа |
1,4 |
12' |
Температура насыщения |
t' |
Определяем по приложению 7 [2] |
˚С |
195 |
12" |
Температура котловой воды |
t" |
Определяем по приложению 7 [2] |
˚С |
195 |
12'" |
Температура продувочной воды |
t'" |
Определяем по приложению 7 [2] |
˚С |
195 |
13 |
Энтальпия насыщенного пара |
iнп |
Определяем по приложению 7 [2] |
кДж/кг |
2790 |
14 |
Энтальпия кипящей воды в барабане котла |
iкип |
Определяем по приложению 7 [2] |
кДж/кг |
830 |
15 |
Температура питательной воды |
tпв |
По характеристике котла |
˚С |
100 |
16 |
Энтальпия питательной воды |
iпв |
4,187tпв |
кДж/кг |
418,7 |
17 |
Расход воды на продувку |
Dпр |
0,05Dнп |
кг/с |
0,05·0,694= 0,0347 |
18 |
Тепло полезно используемое в агрегате |
Qка |
Dнп(iнп-iпв)+ Dпр(iкип- iпв) |
Вт |
0,694·(2790-418,7)+0,0347· (830-418,7)= 1660 |
19 |
Полный расход топлива |
B |
(Qка/ ηкаQРР)100 |
кг/с |
(1660/(83,6· 24442,2))·100= 0,081 |
20 |
Расчетный расход топлива |
Bр |
В(1- q4/100) |
кг/с |
0,081·(1-0,75/100)=0,0804 |
21 |
Коэффициент сохранения теплоты |
φ |
1- q5/(ηка+ q5) |
- |
1-3,6/(83,6+3,6)= 0,9587 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кузнецов –Тепловой расчет котельных агрегатов
2. Г.А. Павлова – Расчет теплогенерирующих установок малой и средней мощности
3.Тепловой расчет котлов. Нормативный метод (издание третье, переработанное и дополненное). - СПб., ВТИ, НПО ЦКТИ, 1998.
4. Е.Ф.Бузников, К.Ф.Роддатис, Э.Я.Берзиньш. Производственные и отопительные котельные. - М., Энергоатомиздат, 1984.
5.Делягин,
Лебедев, Пермяков –