Поверочный тепловой расчет парового котла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт арктических технологий

Кафедра строительства, теплоэнергетики и транспорта

Расчетно-графическое задание

по дисциплине «Котельные установки и парогенераторы»

Поверочный тепловой расчет парового котла

Русавин А. О.

Мурманск 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ОПИСАНИЕ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

2. ОПИСАНИЕ ГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

3. ОБОСНОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ

4. ВЫБОР И ОПИСАНИЕ ПРИНЯТЫХ К УСТАНОВКЕ ХВОСТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА

5. КОНСТРУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОТЛОАГРЕГАТА

6. РАСЧЕТ ЭНТАЛЬПИЙ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ. ПОСТРОЕНИЕ I-t ДИАГРАММЫ

7. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛА

8. РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПОЧНОЙ КАМЕРЕ

9. РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕНА КОНВЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА

10. ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛА

11. КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА котла

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

ОТВЕТЫ НА ТЕСТЫ

ЗАДАНИЕ НА РГЗ

Выполнить ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ стационарного парового котла в соответствии со следующими данными, приведёнными в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 - Характеристика топлива

Таблица 2 - Характеристика котла

Дата:___________. Руководитель проекта:_____________С.П. Пантилеев

1. ОПИСАНИЕ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Паровой котёл ДЕ-16-14ГМ - газомазутный вертикально-водотрубный с естественной циркуляцией типа Е (ДЕ), производительностью 16 тонн насыщенного пара (194°С) в час, используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Топочная камера котла ДЕ, исполненная в виде латинской «D», образована экранными трубами, размещается справа от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Основными составными частями котла ДЕ-16-14ГМ являются: верхний, нижний барабаны и трубная система котла ДЕ, которая состоит из конвективного пучка, заднего, фронтового и бокового экранов, образующих топочную камеру котла ДЕ-16-14ГМ.

Диаметр верхнего и нижнего барабанов: 1000 мм. Расстояние между барабанами соответственно 1700 мм и 2750 мм. Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах каждого из них имеются лазы с затворами (крышка лаза). Барабаны для котла с рабочим давлением 1,4 МПа (абс) изготавливаются из стали 16ГС или 09Г2С и имеют толщину стенки соответственно 13 мм.

Котёл ДЕ-16-14ГМ имеет двухступенчатую схему испарения. Во вторую ступень испарения вынесена задняя часть экранов топки и часть конвективного пучка, расположенная в зоне с более высокой температурой газов. Контуры второй ступени испарения имеют необогреваемую опускную систему.

Пароперегреватель вертикальный, дренируемый из двух рядов труб.

В качестве хвостовых поверхностей нагрева котлов применяются стальные БВЭС или чугунные ЭБ экономайзеры.

Паровой котел ДЕ-16-14ГМ оборудован системой очистки поверхностей нагрева с применением ГУВ (генератор ударных волн).

Неподвижными опорами котлов являются передние опоры нижнего барабана. Средняя и задние опоры нижнего барабана подвижные и имеют овальные отверстия для болтов, которыми крепятся к опорной раме на период транспортировки.

Котёл ДЕ-16-14ГМ снабжен двумя пружинными предохранительными клапанами 17с28нж, один из которых является контрольным. На котлах без пароперегревателя оба клапана устанавливаются на верхнем барабане котла и любой из них может быть выбран как контрольный. На котлах с пароперегревателем контрольным клапаном является клапан выходного коллектора перегревателя.

Номинальная паропроизводительность и параметры пара (соответствующие ГОСТ 3619-82) обеспечиваются при температуре питательной воды 100°С при сжигании топлив: природного газа с удельной теплотой сгорания 29300-36000 кДж/кг (7000-8600 ккал/м3) и мазута марок М40 и М100 по ГОСТ 10588-75.

Диапазон регулирования: 20-100% от номинальной паропроизводительности. Допускается кратковременная работа с нагрузкой 110%. Поддержание температуры перегрева у котлов с пароперегревателями обеспечивается в диапазоне нагрузок 70-100%.

Котёл ДЕ-16-14ГМ может работать в диапазоне давлений 0,7-1,4 МПа.

В котельных, предназначенных для производства насыщенного пара без предъявления жестких требований к его качеству, паропроизводительность котлов типа Е (ДЕ) при пониженном до 0,7 МПа давлении может быть принята такой же, как и при давлении 1,4 МПа.

Для котла ДЕ-16-14ГМ пропускная способность предохранительных клапанов 17с28нж соответствует номинальной производительности котла при давлении не ниже 0,8 МПа (абс).

Нормы качества питательной воды и пара должны соответствовать требованиям, регламентируемым правилами «Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору» России.

Солесодержание котловой воды в первой ступени испарения котлов без пароперегревателя должно быть не более 3000 мг/кг, для котлов с пароперегревателем - не более 2000 мг/кг. Солесодержание котловой воды второй ступени испарения должно быть не более 4500 мг/кг.

Средний срок службы котлов между капитальными ремонтами при числе часов использования установленной мощности 2500 ч/г - 3 года, средний срок службы до списания - не менее 20 лет.

Паровой котёл ДЕ-16-14ГМ может использоваться в качестве водогрейного.

Внешний вид котла ДЕ-16-14ГМ без обмуровки показан на рисунке 1.

Общая схема котла представлена на рисунке 2.

Рисунок 1. Внешний вид котла ДЕ-16-14ГМ без обмуровки

Рисунок 2. Общая схема котла ДЕ-16-14ГМ с обмуровкой и без обмуровки

2. ОПИСАНИЕ ГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

Газомазутная горелка ГМ-10 (см. рисунок 3) предназначена для раздельного сжигания жидкого и газообразного топлива и применяется на котлах типа Е (ДЕ). Число обозначает номинальную тепловую мощность горелки в Гкал/ч.

Выпускается горелка ГМ-10 правого направления вращения воздуха. Правым направлением горелки ГМ-10 считается направление вращения воздуха по часовой стрелке (правое - П) если смотреть на горелку с фронта котла.

Основными элементами горелки ГМ 10 являются: паромеханическая форсунка, газовая часть, лопаточный завихритель воздуха, опора.

Паромеханическая форсунка ГМ-10 служит для распыливания жидкого топлива и состоит из топливного ствола, паровой трубы, топливного завихрителя, парового завихрителя, распределительной шайбы, накидной гайки, корпуса, фланца, скобы и винта.

Топливный завихритель форсунки, паровой завихритель форсунки, распределительная шайба форсунки и накидная гайка форсунки образуют распыливающую головку форсунки. Паровой завихритель форсунки имеет тангенциальные каналы для закручивания парового потока, камеру завихрения и выходное отверстие.

Жидкое топливо и пар форсунки подаются в топливный и паровой каналы фланца и дальше в каналы в корпусе форсунки. Далее из корпуса жидкое топливо попадает в топливный ствол, а пар в кольцевой канал между наружной поверхностью топливного ствола и внутренней поверхностью паровой трубы.

В распыливающей головке паромеханической форсунки жидкое топливо через отверстия распределительной шайбы поступает в кольцевой канал топливного завихрителя и далее, по тангенциальным каналам, попадает в камеру завихрения, приобретая поступательно-вращательное движение. Выходя из сопла топливного завихрителя в виде пленки, жидкое топливо распадается на мелкие капли, образуя конус распыла. Пар, выходя закрученным потоком из завихрителя форсунки участвует в процессе распыливания топлива. Направление закручивания топлива, пара и воздуха предусмотрено в одну сторону.

Рабочей поверхностью распределительной шайбы форсунки ГМ-10 является поверхность, к которой примыкает топливный завихритель. Необходимая плотность прилегания между топливным завихрителем, паровым завихрителем и распределительной шайбой достигается за счёт высокой четкости обработки, прилегающих поверхностей деталей форсунки ГМ-10.

Топливный завихритель, паровой завихритель и распределительная шайба форсунки ГМ-10 для увеличения износостойкости изготавливаются из стали ХВГ с последующей термообработкой.

Регулировать глубину вхождения форсунки ГМ-10 относительно воздушного завихрителя и менять угол относительно оси горелки ГМ-10 или топки котла ДЕ при проведении пусконаладочных работ позволяет крепление фланца.

На фронтальной плоскости горелки ГМ-10 имеются газоподводящий патрубок и патрубки для установки запально-защитного устройства и фотодатчика. Газовая часть горелки ГМ-10 представляет собой устройство, состоящее из газового кольцевого коллектора с газовыводящими отверстиями и подводящей трубы. Кольцевой коллектор горелки ГМ-10 в сечении имеет прямоугольную форму. К торцу газового коллектора присоединен обтекатель для плавного входа воздуха в воздухо-направляющее устройство (ВНУ).

Внутри газового коллектора горелки ГМ-10 приварена разделительная обечайка, позволяющая равномерно распределять газ по коллектору при наличии одной газоподводящей трубы и сравнительно высокой скорости газа на входе в коллектор. Газовыводящие отверстия в коллекторе расположены в один ряд. Расположение газовых отверстий рассчитаны с учётом оптимального поступления газовых струй в воздушный поток.

Завихритель лапаточный правого или левого вращения воздушного потока горелки ГМ-10 является одним из основных узлов в проточной части ВНУ горелки. Лапаточный завихритель горелки ГМ-10 состоит из профильных лопаток, внутренней и внешней обечаек. Профильные лопатки позволяют уменьшить аэродинамическое сопротивление, создаваемое в ВНУ.

Стальная сварная опора виде кольца с цилиндрическими выступами с обеих сторон предназначена для крепления горелки к фронту котла.

Горелка ГМ-10 является вихревой - практически все количество воздуха проходит через осевой завихритель.

Таблица 3 - Технические характеристики горелки ГМ-10

Рисунок 3. Газомазутная горелка типа ГМ-10

3. ОБОСНОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Потери теплоты с уходящими газами обусловлены тем, что температура продуктов сгорания, покидающих котлоагрегат, значительно выше температуры атмосферного воздуха. Потери теплоты с уходящими газами являются наибольшими из всех потерь теплоты и зависят от вида сжигаемого топлива, нагрузки котлоагрегата, температуры и объема уходящих газов, температуры воздуха, забираемого дутьевым вентилятором. Для снижения потерь теплоты с уходящими газами следует стремиться к уменьшению их объема и температуры. Однако, объём уходящих газов не может быть меньше теоретического, а температура ниже температуры точки росы, во избежание конденсата водяных паров и продуктов сгорания. Температура, при которой водяные пары в продуктах сгорания, находясь в агрегатном парциальном давлении, начинают конденсироваться, называется точкой росы.

Выбор температуры уходящих газов производится на основании технико-экономического расчёта по условию оптимального использования топлива и расхода металла на хвостовые поверхности нагрева. Во избежание низкотемпературной коррозии при температурах металла ниже температуры точки росы приходится выбирать повышенные температуры уходящих газов по сравнению с экономической выгодой или принимать специальные меры по защите воздухоподогревателя. Температуру металлической стенки следует принимать на 10°С выше температуры точки росы.

Для парогенераторов низкого давления с хвостовыми поверхностями нагрева температуру уходящих газов следует принимать в зависимости от топлива, используемого в котлоагрегате. При сжигании жидкого топлива (мазут М40) температуру уходящих газов принимаем равной 180°С.

4. ВЫБОР И ОПИСАНИЕ ПРИНЯТЫХ К УСТАНОВКЕ ХВОСТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА

В производственно-отопительных котельных устанавливаются котлоагрегаты производительностью от 2,5 до 25 т/ч. Для получения этого количества пара в топках сжигается сравнительно небольшое количество топлива и образуется небольшое количество дымовых газов. Теплота, уносимая этими газами, недостаточна для подогрева воды в водяном экономайзере и воздуха в воздухоподогревателе одновременно. Поэтому котлы типа ДЕ-16-14ГМ оборудуются только одной поверхностью нагрева. В нашем случае, с учётом вида сжигаемого топлива (мазут), более экономично в хвостовой части установить водяной экономайзер, чтобы предотвратить низкотемпературную коррозию труб поверхностей нагрева котлоагрегата.

Водяной экономайзер

Экономайзер благодаря применению труб небольшого размера является недорогой и компактной поверхностью нагрева, в которой эффективно используется теплота уходящих газов. Водяной экономайзер воспринимает до 18% общего количества теплоты. Гидравлическое сопротивление водяного экономайзера по расчёту для парогенераторов среднего давления не должно превышать 8% рабочего давления в барабане.

В зависимости от материала, из которого изготовлен водяной экономайзер, их разделяют на чугунные и стальные. При подогреве воды в чугунных экономайзерах вода не доводится до кипения по избежание гидравлических ударов, приводящих к разрыву труб. Нагрев воды производится в чугунных экономайзерах на 20 °С, а в стальных - на 40 °С ниже температуры кипения. В качестве хвостовых поверхностей нагрева котла ДЕ-16-14ГМ применяют стальные экономайзеры типа БВЭС или чугунные типа ЭБ. Воспользуемся чугунным экономайзером ЭБ-1-330И.

Рисунок 4. Общий вид экономайзера ЭБ-1-330И

Чугунный экономайзер ЭБ-1-330И (рисунок 4) служит для подогрева питательной воды в паровых и водогрейных котлах с рабочим давлением до 2,4 МПа и производительностью от 2,5 до 25 т/ч.

Водяной чугунный блочный экономайзер ЭБ-1-330И представляет собой трубчатый теплообменник, в котором питательная вода перед поступлением в котел подогревается до температуры 30 - 40 °С ниже температуры кипения, чтобы предотвратить парообразование и гидравлические удары внутри него. Подогрев происходит за счет теплоты уходящих газов, тем самым повышая КПД котельного агрегата.

Экономайзер ЭБ-1-330И состоит из пакетов труб с оребрением, соединенных между собой и заключенных в каркас с теплоизоляционной обшивкой. Движение питательной воды в трубах, составляющих общую поверхность нагрева, - навстречу потоку дымовых газов. Применение чугуна в поверхностях нагрева и соединительных деталях значительно увеличивает срок службы по сравнению со стальными экономайзерами.

Технические характеристики экономайзера ЭБ-1-330И приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Технические характеристики экономайзера ЭБ-1-330И

5. КОНСТРУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОТЛОАГРЕГАТА

Конструктивные характеристика парового котла ДЕ-16-14ГМ приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Технические характеристики котла ДЕ-16-14ГМ

6. РАСЧЕТ ЭНТАЛЬПИЙ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ. ПОСТРОЕНИЕ I-t ДИАГРАММЫ

Проводим пересчёт элементов топлива в рабочую массу и заносим полученные данные в таблицу 6.

Таблица 6 - Состав топлива по горючей и рабочей массам

Определяем объёмы газов, объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, парциальное давление трёхатомных газов и водяных паров по отдельности и вместе и сводим в таблицу 7.

Таблица 7 - Объём продуктов сгорания и других параметров при сжигании топлива (мазут М40)

Производим вычисление энтальпии продуктов сгорания для каждой температуры tг при б = 1,1 и сводим результаты в таблицу 8.

Таблица 8 - Вычисление энтальпии продуктов сгорания при соответствующих температурах

По данным таблицы 8 строим диаграмму Iг - tг (рисунок 5).

Рисунок 5. График энтальпии и температуры для мазута М40

7. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛА

Тепловой баланс котельного агрегата - это распределение тепла израсходованного топлива на полезно использованное тепло Q1 и на тепловые потери Q2, Q3, Q4, Q5, Q6. По исходным данным проводим расчёт теплового баланса в таблице 9.

Таблица 9 - Предварительный тепловой баланс котла

8. РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПОЧНОЙ КАМЕРЕ

Расчёт теплообмена в топочной камере производим в таблице 10.

Таблица 10 - расчёт теплообмена в топке котла ДЕ-16-14ГМ.

9. РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕНА КОНВЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА

котельный агрегат горелочный температура

Расчёт теплообмена в конвективных испарительных поверхностях нагрева котла производим в таблице 11.

Таблица 11 - расчёт теплообмена конвективной поверхности нагрева котла.

Рисунок 6. Зависимости количества теплоты, отданного газами в пучке, и тепловосприятия поверхности нагрева конвективного пучка от температуры для первого пучка

Рисунок 7. Зависимости количества теплоты, отданного га...