Тепловой расчет парового котла КВА

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Паровой котел - вертикальный, двухколлекторный с водяным змеевиковым экономайзером и одноходовым движением газов. По требованию заказчика котел может быть укомплектован пароперегревателем, обеспечивающим перегрев пара до 225 С.

Котлоагрегаты КВА и КГВ предназначены для обеспечения потребностей в насыщенном паре. Используются на судах и плавсредствах всех классов и назначений, а также на предприятиях хозяйственно-бытового и промышленного сектора. Котлы КВА удобны в эксплуатации и надежны в работе. Прошли все виды испытаний, включая длительные эксплуатационные, соответствует требованиям Регистра.

Высокий уровень автоматизации, эксплуатация при безвахтенном обслуживании.

Горение котлоагрегатов во всех режимах работы бездымное.

Полное агрегатирование конструкции.

Рис. 1. 1 - паровой коллектор, 2 - экран, 3 - опускные трубы, 4 - горелка, 5 - водяной коллектор, 6 - испарительный пакет, 7 - экономайзер

Вспомогательные котлы небольшой паропроизводительности при работе их на дизельном или тяжелом топливе, как правило, оборудуются системой дистанционного автоматического управления.

Рабочий процесс котла - это процесс преобразования тепловой энергии, выделяющейся в топке при сжигании топлива, в потенциальную энергию пара, характеризуемую давлением и температурой пара. Этот процесс происходит при непрерывном подводе к нему трех видов материальной среды- воды, топлива и воздуха - и отводе от него двух видов - перегретого пара и дымовых газов. Величины этих расходов являются количественной характеристикой рабочего процесса, или его нагрузкой. Качественной характеристикой котла служат значения некоторых переменных величин. Поддержание заданных значений этих величин на всех установившихся и переходных режимах работы котла - основная задача автоматического регулирования. Такие величины называются - регулируемыми.

Регулирующее воздействие - воздействие, направленное на возвращение объекта в равновесное состояние. Регулирующим воздействием в АСР уровня воды является степень открытия питательного клапана.

Возмущающим называется внешнее воздействие на котел, нарушающее его установившийся режим работы и, следовательно, приводящее к изменению всех его регулируемых величин. Главным возмущающим воздействием для котельной установки - изменение отбора пара из котла.

КУ типа КАВ полностью автоматизирован и рассчитан на эксплуатацию без постоянной вахты. В нем сжигают различные виды топлива: дизельное, моторное и мазуты. При нагрузках до 20 %. номинальной подача топлива в топку регулируется позиционно (включено--выключено). При нагрузках более 20 % осуществляется плавное (пропорциональное) регулирование, т. е. расход топлива и соответствующее ему количество воздуха изменяются пропорционально паропроизводительности; при этом давление пара поддерживается постоянным.

В зависимости от условий размещения парогенераторы (ПГ) могут быть правой или левой модели, что определяется расположением выходного патрубка газохода (смотреть на переднюю стенку).

В состав ПГ КАВ 4/7 входят следующие элементы: собственно парогенератор; топливная, воздушная и питательная системы; системы автоматического управления, защиты и сигнализации; система зажигания топлива; контрольно-измерительные приборы.

Рис. 2. Общий вид парогенератора КАВ 4/7

Непосредственно на наружной обшивке установлены топливный блок 3, регулирующий блок 2, кнопочный пост «пуск-стоп» и другие устройства системы автоматического управления, а также приборы теплотехнического контроля. Парогенератор снабжен топочным устройством 10с паромеханической форсункой. Крышка 11 закрывает смотровое отверстие.

На пароводяном коллекторе располагаются стопорный клапан 6, главный 4 и импульсный 5 предохранительные клапаны, питательный клапан 7, водоуказатель 8, импульсный генератор 9 термогидравлического регулятора питания, клапан верхнего продувания и другая арматура. На водяном коллекторе 12 находятся клапаны нижнего продувания.

Котлоагрегат крепят к судовому фундаменту с помощью четырех опор 13 и переходных стульев 1. Две опоры приварены к водяному коллектору 12, две другие -- к кожуху. Питательный насос, вентилятор и блок автоматического управления (БАУ) монтируют вблизи ПГ на отдельных фундаментах.

Рис. 3. Устройство парогенератора КАВ 4/7

Паромеханическая форсунка.

Паромеханическая форсунка служит для распыливания и распределения топлива в воздушном потоке.

Распыливание осуществляется за счет комбинации центробежного и парового способов распыливания, благодаря чему обеспечивается высокая дисперсность топлива в диапазоне расходов от 0 до 100% при малом расходе пара (около 1% от номинальной производительности форсунки).

Форсунка состоит из двухствольного корпуса с ручкой и толкателями 2, распылителя, распределителя и прижимного стакана. Основным рабочим узлом форсунки, определяющим качество ее работы и технические характеристики - производительность, угол, дисперсность и плотность орошения, является распылитель, состоящий из двух деталей - собственно распылителя и паровой шайбы.

Плотность между деталями форсунки достигается их притиркой и прижатием друг к другу.

Рис. 4. Паромеханическая форсунка

1. Исходные данные

паропроизводительность;

давление пара в пароводяном барабане;

массовое паросодержание на выходе из котла;

температура питательной воды;

температура уходящих газов;

наружный диаметр трубок;

внутренний диаметр трубок;

шаг;

Вид топлива - моторное.

Табл. 1

Табл. 2

Табл. 3

Табл. 4

Табл. 5

Табл. 6

Табл. 7

2. Исходные данные по паровому тракту

Энтальпия насыщенного пара при выходе из пароводяного барабана:

где энтальпия кипящей воды при (Рисунок 5);

энтальпия сухого пара при (Рисунок 5).

Удельный объем насыщенного пара:

где удельный объем кипящей воды при (Рисунок 5);

удельный объем сухого пара при (Рисунок 5).

Рис. 5

3. Предварительный тепловой баланс и определение расхода топлива

Энтальпия холодного воздуха:

где коэффициент избытка воздуха(принимаем);

теоретический объем сухого воздуха(Рисунок2);

теплоемкость сухого воздуха при (Рисунок 6);

теплоемкость водяных паров при (Рисунок 6);

.

Рис. 6

Тепловая потеря с уходящими газами:



где энтальпия уходящих газов при и.

Рис. 7. Диаграмма h-t для моторного топлива стандартного состава при различных значениях коэффициента избытка воздуха a

Относительные тепловые потери с уходящими газами:

где располагаемая теплота.

КПД котла:

где относительные тепловые потери от химической неполноты сгорания;

;

относительные тепловые потери в окружающую среду.

Коэффициент сохранения теплоты:

Расчетный расход топлива:

где энтальпия питательной воды при (Рис. 8).



Рис. 8

4. Данные в расчету теплообмена в топке и построению ее компоновочного эскиза

Объем топки:

где удельная мощность топки(принимаем).

Расчетная производительность одной форсунки:

где (принимаем).

Расчетная длина топки:

Расход воздуха через отверстие фурмы:

где температура горячего воздуха(принимаем).

Живое сечение фурмы:

где скорость воздуха в отверстие фурмы(принимается).

Расчетный диаметр фурмы:

Округляем расчетный диаметр фурмы до 0,2 м.

Живое сечение фурмы равно:

Действительная скорость воздуха в отверстии фурмы:



Внутренний диаметр пароводяного коллектора:

Площадь поперечного сечения топки:

Освещенная длина участков лучевоспринимающих труб экрана:

Освещенная длина участков лучевоспринимающих труб первого ряда притопочного пучка:

Условная лучевоспринимающая поверхность топки:

Полная площадь поверхности стен топки:

Степень экранирования топки:

Эффективная толщина излучающего слоя топки:

5. Расчет теплообмена в топке

Энтальпия воздуха при :

где коэффициент избытка воздуха(принимаем);

теоретический объем сухого воздуха.

теплоемкость сухого воздуха при .

теплоемкость водяных паров при .

.

Энтальпия газов(продуктов сгорания) при адиабатной температуре:

где располагаемая теплота;

относительные тепловые потери от химической неполноты сгорания;

Средняя суммарная теплоемкость газов:

форсунка энтальпия паромеханический

где адиабатная температура газов.

температура газов на выходе из топки(принимается);

энтальпия газов на выходе из топки.

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами:

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

где:

Степень черноты трехатомных газов:

Степень черноты светящегося пламени:

Эффективная степень черноты факела:

где m=0.846-коэффициент усреднения(принимается).

Степень черноты топки:

где коэффициент загрязнения экранных труб.

Критерий Больцмана:

Температура газов на выходе из топки безразмерная:

Искомая температура газов на выходе из топки:

Тепловая мощность лучевоспринимающей поверхности нагрева топки:

6. Конструктивный расчет парообразующего приточного пучка

Число труб в одном ряду:

Коэффициент свободного прохода газов:

Живое сечение для прохода газов:

где полная длина труб среднего ряда пучка.

Поверхность нагрева одного ряда:

Тепловая мощность парообразующего приточного пучка:

где энтальпия воды при выходе из экономайзера.

Энтальпия при выходе из пучка:

Средняя температура газов в пучке:

где температура газов при выходе из пучка.

Средняя температура газов в пучке:

Средняя скорость газов:



Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

где

коэффициент теплопроводности газов;

коэффициент кинематической вязкости;

Критерий Прандтля.

Рис. 9



Рис. 10

коэффициент;

коэффициент;

коэффициент;

При

Расчетное число рядов труб в пучке равно**:

При

Температура наружной поверхности загрязняющего слоя:



где температура насыщения.

коэффициент загрязнения.

плотность теплового потока поверхности нагрева пучка (принимается).

Рис. 11

Эффективная толщина излучающего слоя:

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

где

Степень черноты трехатомных газов:

Коэффициент теплоотдачи излучением трехатомных газов:

Коэффициент теплоотдачи трехатомных от газов к стенке:

Коэффициент теплопередачи:

где коэффициент тепловой эффективности конвективных поверхностей нагрева вспомогательных котлов (см. Рис. 12).

Рис. 12

Температурный напор:

Расчет поверхности нагрева парообразующего приточного пучка:

Число рядов в пучке (округленное)**:

Принятая поверхность нагрева приточного пучка:



7. Конструктивный расчет экономайзера

Число труб в одном ряду:

Поверхность нагрева 1-го ряда:

где длина труб.

Скорость воды при 1-ходовом змеевике:

где удельный объем при температуре 61 и 190 соответственно и давлении 0,5 МПа и 1,5 МПа (h=807.6 кДж/кг).

Число заходов змеевика:

Принимается

Действительная скорость воды в трубах:

Живое сечение для прохода газов:

Мощность экономайзера:

где энтальпии экономайзера и питательной воды.

Энтальпия газов при выходе из экономайзера:

Средняя температура газов в пучке:

где температура.

Средняя скорость газов:

Средняя температура вод в экономайзере:

Температура наружной поверхности загрязняющего слоя:



Коэффициент ослабление лучей трехатомными газами:

Температурный напор равен:

Степень черноты трехатомных газов:

Коэффициент теплоотдачи излучением трехатомных газов:

Коэффициент теплоотдачи трехатомных от газов к стенке:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:



где

коэффициент теплопроводности газов;

коэффициент кинематической вязкости;

Критерий Прандтля

коэффициент;

коэффициент;

коэффициент;

При

Расчетное число рядов труб в пучке равно**:

. При

Коэффициент теплопередачи:

Расчетная поверхность нагрева экономайзера:

Принятое число рядов труб в пучке:

Принятая площадь поверхности нагрева:

Литература

1. Колыванов В.В “Тепловой расчет вспомогательного автономного котлоагрегата” Н.Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО <<ВГАВТ>>, 2013г.-24 с.

2. Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки. / Учебник для ВУЗов. - СПб.: «Элмор», 2005.

3. Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. Учебное пособие.Л.- судостроение 1988г. 296с.

Размещено на Allbest.ru

...