Расчетная часть проекта
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ КП 140102.13.05.00.000.ПЗ Пояснительная записка
По дисциплине «Котельные установки»
Тема: «Тепловой расчет порового котла типа ДЕ 16-14, работающего на мазуте малосернистом»
Руководитель курсового проекта ( ) Шишкина В.А. ''_______'' _____________2013г.
Разработал: студент группы Т-31 ( ) Иванов Е.В. ''_______'' _____________2013г.
2013 г. Содержание Пояснительная записка Введение………………………………………………………………….3-4 1. Описание конструкции котла………………………………………...5-6 1.2 Описание работы котла……………………………………………...7 1.3 Выбор хвостовых поверхностей нагрева…………………………...8 Расчетная часть проекта 2.1. Исходные данные…………………………………………………….9 2.2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания……………………..10-11 2.3. Действительный процесс сжигания…………...…………………….12 2.4. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания………………......13-14 2.5. Расчет расхода топлива….……………………..……………………15-17 2.6. Расчет топочной камеры.……...……………………………………..17-23 2.7.Расчет конвективных поверхностей нагрева…………………………...…………………………………………24-30 2.8.Расчет водяного экономайзера ……………………………………….31-35 2.9 Тепловой баланс котельного агрегата………………………………...36 3. Заключение……………………………………………………………...37 4. Список используемой литературы…………………………………...38
Введение Энергетика–это одна из сущностных составляющих современной технологической цивилизации, она будет служить на всех этапах человеческой деятельности. Важнейшей задачей энергетиков всемирная экономия топлива и энергии. Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектростанциями, производственными и районными отопительными котельными. Перевод предприятия на полный хозяйственный расчет и самофинансирование, намечаемое повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных. Пути и перспективы развития энергетики определены Энергетической программой, одной из первоочередных задач которой является коренное совершенствование энергохозяйства на базе экономии ресурсов: это широкое внедрение энергосберегающих технологий, использование вторичных энергоресурсов, экономия топлива и энергии на собственные нужды. Производственные и отопительные котельные должны обеспечивать бесперебойное и качественное теплоснабжение предприятий и потребителей жилищно-коммунального сектора. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения в значительной мере зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально спроектированной тепловой схемы котельной.
Сегодня в российской энергетике отмечаются тенденции позволяющие надеяться на снижение в течение нескольких ближайших лет выбросов в вредных веществ в атмосферу. В настоящее время в производстве электроэнергии значительная доля принадлежит природному газу, дающему гораздо меньше выбросов по сравнению с мазутом и углем. Его доля в энергобалансе составляет в настоящее время примерно 62% и продолжает увеличиваться. Как считают специалисты, это положение сохраниться как минимум до 2015 года.
1.1 Устройство и принцип работы котла серии ДЕ Марка вертикально-водотрубных котлов серии ДЕ указывает на D-образный агрегат с естественной циркуляций, который предназначен для выработки насыщенного и пара Котёл специализирован на сжигании газа и мазута, что дает возможность более полно реализовывать преимущества этих высоко теплотворных топлив. Характерной конструктивной особенностью котла серии ДЕ-16 является расположение топочной камеры сбоку от конвективного пучка труб, что предотвращает обогрев верхнего барабана и значительно уменьшает площадь ограждающих повеверхностей. Котёл ДЕ-16 имеет единый поперечный профиль. Длина данного агрегата составляет 6055мм, ширина 2970мм и высота 4200мм. Топочная камера котла полностью экранирована и отделена от конвективного пучка труб газоплотной перегородкой, выполненной, как и все тепловоспринимающие поверхности котла, из труб диаметром 51×2,5 мм. В задней части перегородки имеется окно для прохода продуктов горения в конвективный пучок, который образован корридорно-расположенными вертикальными трубами. Трубы правого экрана, покрывающего также пол и потолок топочной камеры, а также левого бокового экрана и конвективного пучка вальцованы непосредственно в верхний и нижний барабаны. Трубы заднего экрана крепятся методом сварки к нижнему и верхнему коллекторам диаметром 159×6 мм. Пол топочной камеры закрыт слоем огнеупорного кирпича. На фронтальной стене котла ДЕ-16 установлена газо-мазутная горелка ГМ-10 с цилиндрической амбразурой. Контуры боковых экранов и конвективного пучка труб котла ДЕ-16 замкнуты на барабаны непосредственно. В качестве сепарационных устройств испарения используют установленные в верхнем барабане щитки и козырьки, направляющие пароводяную смесь из экранных труб на уровень воды. Для выравнивания скоростей по всей длине барабан котла снабжают дырчатым пароприемным потолком. На котле данного типа перед пароприёмным потолком устанавливается горизонтальный жалюзийный сепаратор. Питательная вода поступает в водяное пространство барабана по трубопроводу. Для осуществления внутри котловой обработки воды по трубопроводу в верхний барабан вводится водный растров тринатрийфосфата, который вступая в реакцию с растворенными в котловой воде солями, переводит их в нерастворимое состояние. Образующийся шлам по опускным трубам поступает в нижний барабан.В нижнем барабане расположены перфорированные трубы, через которые осуществляется только периодическая продувка котла, когда как непрерывная продувка осуществляется из верхнего барабана. Для контроля за работой котла в верхнем барабане размещены котловой манометр и две водоуказательные колонки. Кроме того, на верхнем барабане установлены два предохранительных клапана, главный парозапорный вентиль, трубопроводы отбора пара на собственные нужды. Котёл оснащён обдувочными устройствами для очистки поверхностей от загрязнений. Обмуровка боковых стен котла выполнена натрубной и состоит из шамотобетона по сетке и изоляции плит. Для уменьшения подсосов воздуха в газовый тракт котла натрубная обмуровка снаружи покрыта металлической обшивкой, приваренной к обвязочному каркасу. Хвостовыми поверхностями нагрева парового котла серии ДЕ-6,5 является отдельно стоящий чугунный водяной экономайзер. Коэффициент полезного действия данного котла 92,81% 1.2 Принцип действия котла
Питательная вода, питательным насосом подается в водяной экономайзер, где нагревается уходящими дымовыми газами до температуры 147,6 C°. Затем вода подается в верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе. Из верхнего барабана вода по опускным необогреваемым трубам опускается в нижний барабан и распределяется по подъемным трубам. Вода из нижнего барабана поступает в трубы конвективного пучка, в правые и левые боковые экраны и в нижние коллектора переднего и заднего экранов. В экранных и подъемных трубах конвективного пучка вода нагревается, закипает и образуется пароводяная смесь. Пароводяная смесь поступает в верхний барабан под уровень воды, пар отделяется от воды, проходит паровое пространство и поступает в дырчатый сепаратор, где получается сухой насыщенный пар. Пар пройдя главный парозапорный вентиль, поступает в паропровод котельной, а затем направляется к потребителю. Газ с воздухом перемешивается в горелке и сгорает в топке в виде факела. Тепло от факела и дымовых газов передается экранам, в которых движется вода. Вода в экранах нагревается, образуется пароводяная смесь, которая поступает в верхний барабан, где пар отделяется от воды. Дымовые газы из топки направляются в конвективный пучок, которые омывают в один ход и отдают свое тепло воде, которая движется в подъемных конвективных трубах. Дымовые газы через окно в задней стенке котла выходят из котла и по газоходу направляются в водяной экономайзер, где подогревают питательную воду и дымососом направляются в дымовую трубу, откуда в атмосферу.
1.3 Выбор хвостовых поверхностей нагрева. Водяной экономайзер воспринимает до 18% общего количества теплоты. В зависимости от температуры, до которой вода подогревается в экономайзере их делят: Кипящие. В кипящих экономайзерах происходит не только подогрев воды, но и ее испарение. Не кипящие. Экономайзеры, в которых по условиям надежности их работы подогрев воды производиться до t0С на 20 К меньше чем температуры насыщения в барабане. В зависимости от металла, из которого изготавливают водяные экономайзеры их делят: · Чугунные · Стальные Чугунные экономайзеры работают при давлении в барабане котла до 2,4 МПа. Чугунные экономайзеры надежны в работе, стойки по отношению к газовой и кислородной коррозии, однако имеют большие габариты и повышенный вес. Стальной экономайзер состоит из ребристых труб соединенных между собой при помощи калачей. В курсовом проекте принят чугунный экономайзер число труб в горизонтальном ряду 9, общее количество труб 288.
2. Расчетная часть
2.1. исходные данные
Газопровод «Ставрополь - Москва 1-я нитка» Метан СН4 – 93,8 % Этан С2Н6 – 2,0 % Пропан С3Н8 – 0,8% Бутан С4Н10 – 0,3 % Пентан С5Н12 – 0,1% Азот N2 - 2,6 % Углекислый газ СО2 – 0,4% Теплота сгорания газа Qсн – 36090 кДж\м3 Объем топки, м3 – 20,8 Поверхность стен топки, м2 – 84,77 Диаметры экранных труб, мм – 2,5 Относительный шаг экранных труб – 1,56 Площадь лучевоспринимающей поверхности нагрева, м2 – 40 Площадь поверхности нагрева конвективных пучков, м2 – 235 Диаметр труб конвективных пучков, мм – 2,5 Расположение труб конвективных пучков – Коридорное Поперечный шаг труб, мм – 110 Продольный шаг труб, мм – 110 Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2 – 1,395 Число рядов труб по ходу продуктов сгорания( 1 пучок, 2 пучок) – 22/22
2.2. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания. Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания топлива. Vo = 0, 0476 * [0,5СО + 0,5Н2 + 1,5Н2S +Σ (m + n/4) CmHn – O2], где m – число атомов углерода; n – число атомов водорода. CO, Н2, Н2S, CmHn, O2 – процентное содержание горячих газов. Vo = 0,0476 * [2 * 93,8 + 3,5 * 2,0 + 5 * 0,8 + 6,5 * 0,3 + 8 * 0,1 – 0] = 9,74 м3/м3 1.2 Определить теоретический объем азота в продуктах сгорания: VRO2 = 0,01(CO2 + CO + H2S + ΣmCmHn) VRO2 = 0,01(1 * 81,7 + 2 * 5,3 + 3 * 2,9 + 4 * 0,9 + 5 * 0,3 )= 1,062 м3/м3 где CO2, CO, H2S, CmHn – процентное содержание 1.3 Теоретический объем водяных паров.
V0H2O = 0,01( H2S + H2 + Σ(n/2)CmHn + 0,124dг.т.л) + 0,0161 V0[м3/м3]
Где dг.т.л – влагосодержание газообразного топлива, г/м3 принимается равным 10 – 12 г/м3
V0H2O =0,01((2 * 93,8) + (3 * 2,0) + (4 * 0,8) + (5 * 0,3) + (6 * 0,1 + 0,124 *10) – 0)) + 0,0161 * 9,58 = 2,14 м3/м3
1.4 Определить теоретический объём азота в продуктах сгорания.
V0N = 0,79V0 + N2/100 [м3/м3]
V0N = 0,79 * 2,93 + 0,8 * 0,60/100 = 7,778 м3/м3
1.5 Теоретический объем дымовых газов.
V0г = VRO2 + V0H2O + V0N, [м3/м3] V0г = 1,062+2,14+7,778=10,98 м3/м3
2.3 Действительный процесс сжигания
2.5 Расчет расхода топлива.
Для определения часового расхода топлива на котельный агрегат составляется тепловой баланс котельного агрегата и определяют тепловые потери котельного агрегата. Расчет выполнен в табличной форме
Таблица 3 Расчет расхода топлива
Продолжение таблицы 3
2.6 Тепловой расчет топки
При проектировании и эксплуатации котельных установок чаще всего выполняется поверочный расчет топочных устройств. При выполнении поверочного расчета топки известны: объем топочной камеры, степень ее экранирования и площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, а также конструктивные характеристики труб экранных поверхностей нагрева (диаметр труб, расстояние между осями труб s1 ). Цель расчета теплопередачи в топке заключается в том, чтобы проверить температуру газов на выходе из топки по заданной поверхности нагрева. Температура газов на выходе из топки определяется по «Нормативному методу» Температура газов на выходе из топки - следствие процесса теплопередачи в топке. Оптимальные значения температуры на выходе из топки находятся в пределах 900—1150°С. Верхний предел, чтобы избежать шлакования конвективной поверхности труб, должен быть на 50—100° ниже температуры размягчения золы. Нижний предел обусловливается устойчивостью процесса горения и минимальным значением потерь от химического и механического недожога. Если расхождение не превышает +- 100 0С, то расчет считается оконченным. Расчет ведется в табличной форме
Таблица 4 Расчет топочной камеры
2.7 Тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева
При поверочном тепловом расчете конвективных пучков по заданной величине поверхности нагрева и известной температуре дымовых газов перед ней определяют температуру дымовых газов за поверхностью нагрева. Расчет выполнен в табличной форме
Таблица 5 Тепловой расчет конвективных пучков котла
(0.018 сек.) |