Эксплуатация судовых котельных установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА РФ

МОРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени адмирала Г. И. Невельского

Кафедра СКТУ и ВЭО

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

«Эксплуатация судовых котельных установок»

Работу выполнил

Антонов И.К.

Владивосток

2013г.

ЗАДАНИЕ № 1

Определить критическое время работы котла без подпитки средствами питания при условиях:

- номинальная производительность котла, Dном=8т/ч;

- абсолютное давление пара в котле, Р, =0,8МПа;

- температура перегретого пара, tпе°С;

- температура питательной воды, tпв=50 °С;

- внутренний диаметр пароводяного коллектора,dвн =700мм;

- длина коллектора, lк =2200мм;

- высота видимой части водоуказателя, h =300мм;

- Построить график изменения критического времени работы в зависимости от относительной нагрузки котла, D/Dном в пределах от 1 до 0,1.

Таблица 1 -Вариант 1

№ по списку	dвн, мм	lк, мм	h, мм	Dном, т/ч	Р, МПа	tпе, °C	tпв, °С
2	700	2200	300	8	0,8	-	50

Таблица 2 - Расчеты

№	Наименование величины	Способ определения	Способ вычисления	Значение
1.	Критический объем воды, м3	Vкр = dвн.lк.h	0,7•2,2•0,3	0,46
2.	Секундная номинальная производительность котла, кг/с,	Dс = Dном/3,6	8/3,6	2,2
3.	Температура насыщения котловой воды, tн, °С,	tн = (181-1/Р).Р0,235	(181 - 1/0,8).0,80,235	170,6
4.	Плотность воды на линии насыщения, с, кг/м3	с = 107/[9996 + 0,086.tн1,8 + 0,197(0,01.tн)7,5]=	107/[9996 + 0,086•170,61,8 + 0,197(0,01.170)7,5	917,2
5	Критическое время работы котла	фкр =Vкр.с/Dс	0,46•917,2/2,2	191,8

По полученным результатам следует построить график изменения критического времени работы котла в зависимости от относительной нагрузки котла, D/Dном.

D/Dном	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
Tкр,с	1917,8	958,9	639,3	479,4	383,6	319,6	274	239,7	213,1	191,8

ЗАДАНИЕ № 2

Цель работы: Определить ориентировочно суточный расход топлива для котла с номинальной производительностью, согласно данным задания таблицы № 1. При определении расхода топлива принять КПД котла, з = 0,8.

Решение задачи

Расход топлива, В, кг/с, может быть определен из формулы для КПД котла,

В = Dном(iп - iпв)/(Qнр.з)= 2,2•(2256 - 209)/(40000.0,8)=0,14 кг/с,

где Dном - производительность котла, кг/с;

Qнр = 40000 кДж/кг - низшая теплота сгорания топлива;

iп - энтальпия пара, отводимого от котла, кДж/кг;

iпв - энтальпия питательной воды, кДж/кг.

Энтальпия питательной или котловой воды, iв = iпв, или iв = iґ, кДж/кг, определяется температурой воды, t = tпв, или t = tн, в виде,

iв = t.[4,22 - 0,003t + 8,5.10-4.t1,25 + 2,2.10-5(0,01t)7,7]=50.[4,22 - 0,003•50 + 8,5.10-4•501,25 + 2,2.10-5(0,01•50)7,7]=209 кДж/кг

Теплота парообразования, r, кДж/кг, для данного давления насыщенного пара определяется по формуле,

r = 2064/P0,054 - 1/P3 - 50.P=2064/0,80,054 - 1/0,83 - 50•0,8=2047 кДж/кг

Энтальпия насыщенного пара (для котла без пароперегревателя), кДж/кг, определяется по формуле,

iп = iґ + r=209+2047=2256 кДж/кг.

Суточный расход топлива определится произведением секундного расхода на число секунд в сутках, т. е. 86400.

Ответ: Суточный расход топлива Вс=12 т/сут

ЗАДАНИЕ № 3

Рассчитать и подобрать поверхность теплообмена подогревателя вязкого топлива для котла производительностью, заданной по таблице № 1, с нагревом топлива от 95 до 130 °С. При решении задачи принять теплоемкость топлива, ст = 2 кДж/(кг.К).

Решение задачи

Определяем тепловую мощность подогревателя топлива, кВт,

N = B.?T.cт=0,14•35•2=9,8 кВт,

где В - расход топлива через подогреватель, кг/с;

?Т = 130 - 95 = 35К - повышение температуры топлива в подогревателе.

Эта же тепловая мощность обеспечивается коэффициентом теплопередачи подогревателя, кВт,

N = к.Н.?t,

где к - коэффициент теплопередачи подогревателя, кВт/(м2.К);

Н - поверхность теплообмена подогревателя, м2;

?t - температурный напор между греющим паром и подогреваемым топливом, К.

Коэффициент теплопередачи можно принять для подогревателей модели ПТК равным коэффициенту теплоотдачи от стенки к нагреваемому топливу, к = бт, = 0,03 кВт/(м2.К). Для подогревателей модели ПТС коэффициент теплоотдачи примерно в два раза ниже и составляет величину к = 0,015 кВт/(м2.К).

Температурный напор в подогревателе определится как средне логарифмический в виде,

?t = (?tб - ?tм)/ln(?tб/?tм)=(348-313)/ln(348/313)=330К,

котел топливо подогреватель клапан

где ?tб = tн - tнач = (170 - 95)+273 =348К. разность температур насыщенного пара и топлива на входе в подогреватель, К;

?tм = tн - tкон = (170 - 130)+273 = 313К разность температур насыщенного пара и топлива на выходе из подогревателя, К.

При расчетах давление насыщенного пара для подогревателя топлива не должно превышать 3,5 МПа, а температура пара не более, tн ? 240 °С.

Определяем необходимую поверхность теплообмена подогревателя топлива, м2,

Н = N/(к.?t)=9,8/(0,03•330)=1 м2,

По полученным данным выбираем подходящий подогреватель топлива из выпускаемых промышленностью секционных подогревателей марок ПТС 2/2. Характеристики подогревателей марок ПТС приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристики секционных подогревателей топлива

Обозначение	Поверхность, м2	Масса, кг
ПТС 1/1	0,25	63
ПТС 2/1	0,5	79
ПТС 3/1	0,75	95
ПТС 1/2	0,5	115
ПТС 2/2	1,0	146
ПТС 3/2	1,5	178
ПТС 1/3	0,75	168
ПТС 2/3	1,5	216

Числитель в обозначении подогревателя показывает длину ребристых трубок одной секции в м, а знаменатель - количество секций.

ЗАДАНИЕ № 4

Подобрать котельный вентилятор, обеспечивающий работу котла согласно заданию таблицы № 1 при условии, что номинальный напор воздуха, Нк = 2,0 кПа.

Подбор вентилятора осуществляется по производительности и мощности электродвигателя.

Производительность находим по номинальному расходу топлива, соответствующего решению задания № 2. При этом необходимое количество воздуха для сгорания топлива следует принять в виде Vв = 12 м3/кг сжигаемого топлива. В этом случае получим производительность вентилятора, м3/с,

Q = В.Vв=0,14•12=1,68 м3/с,

Мощность приводного электродвигателя вентилятора определится в виде,

Nв = Нк.Q/з=2?1,68/0,7=4,8 кВт,

где з = 0,7 - КПД вентилятора.

По полученным значениям произвели подбор необходимого вентилятора, ВР-300-45-2,5ВК1.

Таблица 3 - Характеристики вентиляторов, выпускаемых Московским вентиляторным заводом, ОАО «МОВЕН»

Тип вентилятора	Тип электродвигателя	Мощность, кВт	Производит., м3/с	Напор, кПа
В.Ц5-35-4.01	АИР80В2	2,2	0,24 - 0,6	2,75-2,0
ВР-300-45-2,5ВК1	АИР90L2	3	0,56 - 0,83	1,9 - 2,0
ВР-300-45-2,5ВК1	АИР100S2	4	0,83 - 1,08	2,0 - 2,1
ВР-300-45-2,5ВК1	АИР100L2	5,5	2,1 - 1,25	2,15-2,1
ВР100-45-5	АИР132S4	7,5	0,9 - 3,5	2,6-2,3
В-Ц14-46-5	АИР132М4	11	2,6 - 3,05	2,3-2,4
В-Ц14-46-5	АИР160S4	15	3,05 - 4,0	2,4-2,5
В-Ц14-46-5	АИР160М4	18,5	4,0 - 4,7	2,5
В-Ц14-46-5	АИР180S4	22	4,7 - 5,3	2,5-2,6
В-Ц14-46-5	АИР180М4	30	5,3 - 5,85	2,6
В-Ц12-49-8-01	АИР250S6	45	5,0 - 11,2	2,2-2,6

ЗАДАНИЕ № 5

Рассчитать и подобрать предохранительный клапан для котла в соответствии с производительностью и параметрами пара, определяемых заданием № 1.

В соответствии с правилами Регистра морского судоходства суммарная площадь предохранительных клапанов должна быть не менее определяемой по формулам:

для насыщенного пара, мм2,

f = к.Dном/(10,2 P + 1)= 5,2•8000/(10,2•0,8 + 1)=4541мм2;

для перегретого пара, мм2,

f = к.Dном (Vпе/Vн)0,5/(10,2 Р + 1).

где Vпе - удельный объем перегретого пара при соответствующей температуре и давлении, м3/кг;

Vн - удельный объем насыщенного пара, м3/кг;

к - коэффициент, определяемый по таблице 4;

Р - давление пара, МПа;

Dном - производительность котла, кг/ч.

Таблица 4-Коэффициент к в зависимости от высоты подъема клапана h

Высота подъема клапана, h, мм	Коэффициент к
d/20 ? h < d/16	22
d/16 ? h < d/12	14
d/12 ? h < d/4	10,5
d/4 ? h < d/3	5,25
d/3 ? h	3,3

Удельный объем насыщенного и перегретого пара можно определить по формулам в зависимости от давления пара, Р, МПа, и температур насыщенного, tн, °С, и перегретого пара, tпе,°С:

Vн = 0,193/Р0,96 = 0,193/0,80,96=0,24 м3/кг.

Vпе = 0,193/Р0,96 + 5.10-4(tпе - tн)/Р0,92;

Условный проход предохранительного клапана определяется по формуле

dу = (4f/р)0,5=(4•4541/3,14)0,5=76мм

ЗАДАНИЕ № 6

Рассчитать и подобрать стопорный и питательный клапан для котла в соответствии с производительностью и параметрами пара, определяемых заданием № 1.

Условный проход паровых клапанов определяется в зависимости от скорости пара, wп, которая принимается в пределах от 30 до 40 м/с в зависимости от давления пара. Для давлений пара менее 1 МПа принимается большее значение скорости, при давлении более 1 МПа принимается меньшее значение скорости. Основой для определения условного прохода является секундный расход пара, Dном/3,6=8/3,6=2,22 кг/с, и его удельный объем Vн=0,24 м3/кг.

Условный проход питательного клапана определяется в зависимости от скорости воды, wв, которая принимается в пределах от 1 до 1,5 м/с независимо от давления. Удельный объем воды, vв, м3/кг при температуре, t=60 °С, определяется по формуле,

vв = 10-7[9996 + 0,086.t1,8 + 0,197(0,01t)7,5] = 10-7[9996 + 0,086.501,8 + 0,197(0,01•50)7,5]=0,001 м3/кг;

Таким образом, площадь проходного сечения стопорного клапана котла, м2, определится в виде,

fп = Dном.Vн/wп= 2,22.0,24/30=0,01782;

Аналогично, площадь проходного сечения питательного клапана определится в виде,

fв = Dном.vв /wв= 2,22.0,001 /1=2,22•10-3 м2;

Соответственно, условные проходы стопорного и питательного клапанов определятся по формуле,

dу ст.кл. = (4f/р)0,5= (4•0,178/3,14)0,5=0,476м ?500мм;

dу пит.кл. = (4f/р)0,5= (4•2,22•10-3/3,14)0,5=53•10-3м ? 65мм;

Полученное значение dу следует округлить до стандартного значения в большую сторону в соответствии с нормализованным рядом условных проходов для арматуры: 6, 10, 15, 20, 25 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 400, 500 мм.

ЗАДАНИЕ № 7

Определить суточную дозу (количество) сульфита натрия для нейтрализации кислорода, поступающего с питательной водой при ее температуре для котла в соответствии с заданием № 1.

Количество растворенного газа в воде согласно закону Генри - Дальтона прямо пропорционально парциальному давлению этого газа над поверхностью воды, мг/л,

b = ш.Рг,

где ш - коэффициент растворимости газа, отнесенный к атмосферному давлению, мг/(л.0,1МПа);

Рг - парциальное давление газа над поверхностью воды, МПа.

Значения коэффициентов растворимости наиболее активного коррозионного агента в виде кислорода приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Коэффициенты растворимости кислорода, ш, мг/(л.0,1МПа) в зависимости от температуры воды при атмосферном давлении

t, °C	Ш		t, °C	Ш		t, °C	ш
0	67,0		50	28,9		130	23,8
5	59,2		60	26,9		140	24,5
10	52,5		70	25,3		150	25,4
15	47,2		80	24,3		160	26,5
20	42,8		90	23,8		170	27,8
25	39,1		100	23,6		180	29,4
30	36,1		110	23,4		190	31,3
40	31,9		120	23,3		200	33,6

Количество растворенного кислорода в питательной воде, bк, мг/л, в зависимости от ее температуры может быть найдено также по графику рис.1. Суточное количество поступающего кислорода в котел, г/сутки, может быть найдено по выражению,

GО2 = 24Dном.bк.= 24•8.7=1344 г/сутки,

где Dном - производительность котла, т/час;

bк - концентрация кислорода в питательной воде, мг/кг.

Если по условию задания № 1 температура питательной воды выше 100 °С, то концентрацию кислорода в питательной воде следует принять в виде bк = 0,05 мг/л, что примерно соответствует концентрации кислорода в воде на выходе из деаэратора.



Рис. 1 - Количество растворенного воздуха bв, кислорода bк и углекислоты bу в зависимости от температуры воды при атмосферном давлении.

Рв, Рп и Ру - парциальные давления воздуха, пара и углекислоты

bк = 7 мг/л при tпв=50 °С,

Нейтрализация кислорода в воде осуществляется сульфитом натрия Na2SO3 по реакции

2Na2SO3 + О2 = 2Na2SO4,

а количество сульфата натрия для суточного количества вводимого в котел кислорода может быть найдено по молекулярной массе, участвующих в реакции реагентов. Молекулярная масса сульфата натрия составляет 126, а кислорода 16, следовательно на единицу нейтрализуемой массы кислорода следует использовать 126/16 =7,875 единиц массы сульфата натрия.

В результате суточное количество сульфата натрия для нейтрализации кислорода в питательной воде составит величину,

GNa2SO3 = 7,875.GО2= 7,875.1344=10584

ЗАДАНИЕ № 8

Определить периодичность нижнего продувания котла при условии, что при продувке уровень воды в пароводяном барабане снижается от верхнего значения до нижнего в соответствии с заданием № 1. Предельное значение солесодержания котловой воды для котлов с давлением пара до 2 МПа соответствует 3000 мг/кг, а для котлов с давлением пара более 2 МПа 2000 мг/кг. При расчетах принять солесодержание питательной воды 20 мг/кг.

Расчетное уравнение величины продувки получается из солевого баланса котла, по которому количество солей, поступающих с питательной водой, равно количеству солей, выводимых из котла с продувкой (количеством солей, уносимых с паром, пренебрегаем),

Sпв(Dном + Dпр) = Sкв.Dпр,

где Sпв=20 мг/кг.- солесодержание питательной воды;

Sпр=3000 мг/кг- солесодержание котловой воды (предельное),

Dном=8 т/ч - производительность котла;

Dпр - количество продуваемой котловой воды, т/ч.

Величина продувки из приведенного уравнения будет иметь вид,

Dпр = Sпв.Dном/(Sкв - Sпв)= 20.8/(3000 - 20)=0,0537т/ч

При разовых продувках котла, определяемых продуванием части котловой воды в пределах водоуказательной колонки, периодичность времени продувания котла, ?фпр, ч, будет выражаться в виде,

?фпр = 10-3.с.Vкр/Dпр=10-3•917,2•0,46/0,0537=7,8ч;

где Vкр - критическое водосодержание котла, м3;

с - плотность котловой воды (на линии насыщения), кг/м3.

Размещено на Allbest.ru

...