УСТРОЙСТВО И РАБОТА КОТЛА ДЕ-16-14 ГМ

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное Государственное Бюджетное Общеобразовательное Учреждение

Высшего Профессионального Образования

«Магнитогорский Государственный Технический Университет им.Г.И. Носова»

(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)

 

Кафедра «Теплогазоснабжение, вентиляция и

Водоснабжение, водоотведение»

 

 

курсовая Работа

 

по дисциплине: «Теплогенерирующие установки»

на тему: «Тепловой расчет котла ДЕ-16-14ГМ»

 

 

Исполнитель: Пивкин А.А., студент 4 курса, группы СО-12

Руководитель: Трубицына Г.Н., канд. техн. наук., доцент

 

Работа допущена к защите «»20г.

(подпись)

Работа защищена «»20г. с оценкой

(подпись)

 

 

Магнитогорск 2016

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет

Им. Г. И. Носова»

(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)

 

Кафедра «Теплогазоснабжение, вентиляция и

Водоснабжение, водоотведение»

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Тема:

 

Студенту

(фамилия имя отчество)

 

 

Исходные данные:

 

 

Сроки сдачи: « » 20 г

Руководитель: / /

(подпись) (расшифровка подписи)

 

Задание получил: / /

(подпись) (расшифровка подписи)

 

Магнитогорск 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ЗАДАНИЕ
1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
2.УСТРОЙСТВО И РАБОТА КОТЛА ДЕ-16-14 ГМ
2.1. Общий вид
2.2. Описание
2.3.Трубная система котла ДЕ-16-14 ГМ
2.4. Барабан котла ДЕ-16-14 ГМ
2.5. Автоматика котла ДЕ-16-14 ГМ
2.6.Водяной экономайзер
2.6.1. Экономайзеры чугунные
2.6.2. Модификации
2.6.3. Характеристика чугунных экономайзеров
3.РАСЧЕТ ОБЪЕМОВ И ЭНТАЛЬПИЙ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ И ВОЗДУХА
3.1. Расчет объемов продуктов сгорания и воздуха.
3.2. Расчет продуктов сгорания в поверхностях нагрева
3.3. Расчет энтальпий продуктов сгорания и воздуха
4.ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
5.РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ПОВЕРХНОСТЯХ НАГРЕВА
5.1.Поверочный тепловой расчет топочной камеры
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

ЗАДАНИЕ

Необходимо произвести поверочный расчет котельного агрегата типа ДЕ-16 с элементами конструктивного расчета отдельных поверхностей нагрева (водяного экономайзера). Основной целью поверочного расчета является определение основных показателей работы котельного агрегата, а также конструктивных мероприятий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность его эксплуатации при заданных условиях.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Котельный агрегат ДЕ-16-14 ГМ на газовом и жидком топливе, марки ГМ (газо-мазутная горелка), РФ, саратовская обл., природный газ из газопровода Саратов - Горький.

Таблица 1

Конструктивные характеристики парового котла типа ДЕ-16-14 ГМ

Бийского котельного завода [2, табл.8.21]

 

№	Наименование показателя	Значение
	Паропроизводительность,
	Давление пара на выходе из котла, (кгс/см2)
	Температура пара,
	Температура питательной воды,
	Температура уходящих топочных газов,
	Вид расчетного топлива	Природный газ
	Расход топлива
	Тип топочного устройства	ТЛЗМ
	Площадь поверхности зеркала горения, м2	6,39
	Объем топочной камеры, м3	22,5
	Радиационная площадь поверхности нагрева, м2	30,3
	Площадь поверхности нагрева конвективного пучка, м2	207,3
	Наружный диаметр труб конвективного пучка, м	0,051
	Поперечный шаг труб, м	0,11
	Продольный шаг труб, м	0,09
	Число рядов труб, шт
	Длина одной трубы водяного экономайзера, м	1,5
	КПД котла брутто,
	Габаритные размеры котла мм: длина ширина высота	8655 5205 6050

 

Таблица 2

Рабочая масса топлива [1, таблицы стр.152-153]

 

Химический состав
метан	этан	пропан	бутан	пентан	азот	углекислый газ
91,9%	2,1%	1,3%	0,4%	0,1%	3%	1,2%
Теплота сгорания 8630 кДж/м³	Плотность 0,786 кг/м³

УСТРОЙСТВО И РАБОТА КОТЛА ДЕ-16-14 ГМ

2.1.Общий видкотла[6, http://biek.ru/de-16-14_gmo]

 

Чертеж продольного разреза котла ДЕ-16 приведен в приложении 1.

 

2.2. Описание [6, http://biek.ru/ de-16_mt-o]

 

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

Котел ДЕ-16 14 ГМ паропроизводительностью до 16 т/ч с диаметром верхнего и нижнего барабанов - 1000 мм. Расстояние между барабанами соответственно 1700 мм и 2750 мм (максимально возможное по условиям транспортировки блока по железной дороге). Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах каждого из них имеются лазы с затворами (крышка лаза). Изготовляются барабаны для котлов с рабочим давлением 1,4 МПа (абс) из стали 16ГС или 09Г2С и имеют толщину стенки соответственно 13 мм.

Парового котел ДЕ-16 14 ГМ производительностью 16 и 25 т/ч с двухступенчатой схемой 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 не обогреваемую опускную систему.

На котлах производительностью 16 и 25 т/ч пароперегреватель - вертикальный, дренируемый из двух рядов труб..

Поставляются котел ДЕ-16-14 ГМ как блоком так и россыпью; верхний и нижний барабаны с внутрибарабанными устройствами, трубную систему экранов и конвективного пучка (в случае необходимости - пароперегреватель), опорную раму, изоляцию и обшивку.

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

Паровой котел ДЕ 16 14 ГМ оборудованы системами 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.

Котел ДЕ-16-14 ГМ 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-16-14 ГМ 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-16-14 ГМ 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 службой 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 котел ДЕ-16-14 ГМ, может использоваться в качестве водогрейного (по технической документации предприятия).

 

2.3.Трубная система котла ДЕ-16-14 ГМ[6 http://biek.ru/de-16]

 

Конвективные трубы ДЕ-16-14 ГМ и экранные трубы ДЕ-16 14 ГМ изготавливается исключительно из бесшовной котловой трубы диаметром 51 мм толщина стенки 2,5 мм. Поскольку сварной шов может стать концентратором внутренних напряжений и привести к снижению коррозионной стойкости, прочности и даже к разрушению изделия. Производится труба котловая методом холодного или горячего деформирования, что обеспечивает отличный по качеству и долговечности результат. Для конвективной трубы ДЕ-16-14 ГМ и экранной трубы ДЕ-16 14 ГМ применяется ГОСТ 8734-75 или ГОСТ 8731-74 (марки стали: Ст10, Ст15, Ст20, Ст25 и толщиной стенки соответственно от 2,5 до 13 мм). Как правило, конвективные трубы ДЕ-16-14 ГМ и экранные трубы ДЕ-16 14 ГМ эксплуатируется в условиях высоких и сверхкритических параметров пара. В таком случае используется подвид котельного трубопроката: трубы для паровых котлов, они как нельзя лучше удовлетворяют данным условиям. Труба для трубной системы котла ДЕ-16 14 ГМ изготавливаются методом горячей прокатки на непрерывном стане и методом горячего прессования, что обеспечивает отличный результат при любой температуре. Топочная камера котла ДЕ-16 14 ГМ сформирована из экранных труб развальцованных в верхнем и нижнем барабане котла ДЕ-16 14 ГМ в виде латинской буквы "D".

2.4. Барабан котла ДЕ-16 [6, http://biek.ru/barabany_kotla_de-16-14]

 

Барабан котла ДЕ-16 рабочее давление 1,4 МПа, изготавливается из стали 16ГС, 09Г2С, стенка толщиной 13 и 22 мм соответственно. Технология изготовления барабанов котла ДЕ-16-14 аналогична первоначально заводской технологии; раскрой листового метала, обработка кромки листа под сварку, прокатка листов вальцами для получения обечаек будущего барабана котла ДЕ-16 14 ГМ , сварка обечаек и донышек под флюсом с применением сварочного автомата, сверление отверстий под котловую трубу ø 51 мм, методом фрезерования с последующей накаткой отверстия, что при вальцовки трубы в барабане при монтаже котла ДЕ-16-14 ГМ, даёт более надёжное соединение при проверки гидравлическим испытанием котла ДЕ-16 14 ГМ. Контроль сварных швов обеспечивается за счёт провидения ультразвуковой диагностики барабана котла ДЕ-16 14 ГМ. Как готовому изделию барабану котла ДЕ-4 присваивается и набивается заводской номер, ставятся клейма с приложением сертификата и разрешения на применение "РОСТЕХНАДЗОРА". Для осмотра барабанов котлов ДЕ и расположенных в них устройств, а также для чистки труб шарошками на задних днищах расположены лазы; у котлов ДЕ-16 и ДЕ-10 с длинным барабаном, имеется ещё лаз на переднем днище верхнего барабана.

На верхней образующей верхнего барабана котла ДЕ-16-14 приварены патрубки для установки предохранительных клапанов, главного парового вентиля или задвижки, вентилей для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды (обдувка).

В водяном пространстве верхнего барабана котла ДЕ-16 находится питательная труба, в паровом объёме барабана - паросепарационное устройство. В нижнем барабане котла ДЕ-16 14 ГМ, размещается перфорированная труба для продувки, устройство для прогрева барабана при растопке (для котлов производительностью от 16 т/ч и выше) и штуцер для спуска воды.

Для наблюдения за уровнем воды в верхнем барабане котла ДЕ-16 устанавливаются два указателя уровня.

На переднем днище верхнего барабана котла ДЕ-16 установлено два штуцера для отбора импульсов уровня воды на автоматику котла.

2.5. Автоматика котла ДЕ-16-14 ГМ [6,http://biek.ru/avtomatika_vodogreynyh_kotlov_dev-3]

 

Функции автоматики котла:

1.Измерение и сигнализация: автоматики котла ДЕВ-16 14 ГМ с применением световой и звуковой сигнализации при отклонении технологических параметров от нормы.

2.Розжиг и останов котла: автоматика водогрейного котла ДЕ-16 14 ГМ в автоматическом режиме проводит розжиг и останов котла, без участия обслуживающего персонала, что соответствует требованиям правил ПБ 12-529-03.

3.Регулирование процесса горения: автоматическое регулирование подачи топлива в топку котла в зависимости от температуры воды на выходе из котла;

4.Разряжение: автоматика котла ДЕВ 16 14 ГМ обеспечивает регулирование разрежения в топке котла, соотношения «топливо-воздух» с помощью МЭО либо частотных преобразователей установленных на вентиляторе (ВДН) и дымососе (ДН).

5.Защита: автоматика водогрейного котла ДЕ-16 14 ГМ обеспечивает останов котла в случае изменения заданных технологических параметров:

● при повышение температуры воды на выходе из котла,

● при понижение давления воздуха,

● при отклонение давления газа перед горелкой,

● при уменьшении разрежения в топке котла,

● при отклонение давления воды на выходе из котла,

● при понижении давления топлива перед горелкой,

● при понижении расхода воды через котёл,

● при погасании факела горелки,

● при исчезновении напряжения в цепях защиты,

● при аварийном останове вентилятора и дымососа,

6.Измерение и сигнализация: автоматика котла ДЕВ-16-14 ГМ, обеспечивает измерение и сигнализацию параметров работы котла:

● давление воды на входе в котёл;

● давление воды на выходе в котёл,

● температура воды на входе в котёл,

● температура воды на выходе в котёл,

● давление воздуха перед горелкой,

● разрежения в топке котла,

● расход воды через котёл,

● температура уходящих газов.

7.Управление "Верхний уровень" (опция): при оснащении системы автоматики водогрейного котла ДЕ 16 14 ГМ управлением средствами «верхнего уровня», реализуется;

● представление информации о работе котла на экран монитора компьютера в виде мнемосхем и графиков,

● управление котлом,

● архивирование и регистрация параметров.

В автоматики котла ДЕВ-16-14 ГМ по требованию ПБ 10-574-03, установлен электронный самописец - четырёхканальный «Термодат17М5», фиксирующий первопричину аварии.

 

Водяной экономайзер

[7,http://www.dlyakotlov.ru/website/index.php/ekonomayzery-chugunnye]

 

Экономайзеры чугунные

 

Водяной экономайзер представляет собой трубчатый теплообменник, в котором питательная вода перед поступлением в котел подогревается до температуры 30 – 40 ^оС ниже температуры кипения, чтобы предотвратить парообразование и гидравлические удары внутри него. Подогрев происходит за счет теплоты уходящих газов, тем самым повышая КПД котельного агрегата.

 

Модификации

 

Пример условного обозначения чугунных экономайзеров:

ЭБ1-300И(П) – экономайзерный блок с одной колонкой, площадью поверхности нагрева 300 м² и газоимпульсной (И) или паровой (П) очисткой.

Рис 1. Блочный одноколонковый чугунный водяной экономайзер.

А – продольный разрез; Б – поперечный разрез;1 – заслонка; 2 – обдувочное устройство; 3 – чугунные оребрённые трубы; 4 – газоход.

В паровых котлах температура тепловоспринимающей стенки по всему агрегату почти одинакова и немного превышает температуру кипения. По мере повышения давления пара температура стенки повышается, что приводит к повышению температуры уходящих газов. Выпускать в атмосферу газы с такой высокой температурой нерационально. К устройствам, предназначенным решить эту проблему, относятся экономайзеры.

Экономайзеры чугунные блочные применяется в качестве хвостовых поверхностей нагрева паровых стационарных котлов типов ДЕ, КЕ и ДКВР.

Экономайзеры устанавливаются индивидуально на котел или на группу котлов низкого давления (до 2,4 МПа) и малой мощности и могут отключаться от котлов как по газовому, так и по водяному тракту.

Экономайзеры данного типа выполняют из чугунных ребристых труб с фланцами, которые соединяют между собой с помощью чугунных калачей (дуг). Длина оребрённых чугунных труб экономайзера составляет 2 или 3 м, диаметр труб — 76х8 мм, присоединительный фланец квадратный размером 150 х 150 мм. Полная площадь поверхности нагрева трубы, составляет соответственно 2,95; 4,49 м².

 

Рис. 2. Детали чугунного водяного экономайзера.

А – ребристая труба; Б – соединение труб с помощью калача (дуги).

 

Число труб в пакете в горизонтальной плоскости определяется исходя из скорости продуктов сгорания, обычно в диапазоне 6—9 м/с; число горизонтальных рядов определяется потребной общей поверхностью нагрева.

Вода движется последовательно по всем трубам снизу вверх, а продукты сгорания проходят через зазоры между ребрами труб сверху вниз. При такой схеме движения воды (подъёмном), обеспечивается лучшее удаление воздушных пузырьков. Для удаления возможных отложений, наружные поверхности экономайзеров периодически при помощи обдувочных аппаратов подвергают обдувке паром (П) или сжатым воздухом (газоимпульсная (И) очистка).

Рис. 5. Движение воды и продуктов сгорания в экономайзере.

Для обеспечения надежной эксплуатации на входе и выходе устанавливают необходимую арматуру — предохранительные клапаны и запорные вентили, термометры, манометр, спускной вентиль, обратный клапан, а в верхней точке экономайзера — вантузы для удаления воздуха.

Рис. 6. Схема включения чугунного экономайзера.

 

1 – барабан котла;
2 – запорный вентиль;
3 – обратный клапан;
4 – вентиль на сгонной линии; 5 – предохранительный клапан; 6 – вентиль воздушника; 7 – чугунный водяной экономайзер; 8 – дренажный вентиль.

 

Чугунные экономайзеры поставляют или в виде отдельных деталей со сборкой на месте монтажа, или в виде транспортабельных блоков в облегченной обмуровке с металлической обшивкой.

Экономайзеры ЭБ2-94И(П) – ЭБ2-236И(П) поставляются одним блоком, ЭБ1-300И(П) и ЭБ1-330И(П) – двумя блоками, ЭБ1-646И(П) и ЭБ1-808И(П) – тремя блоками.

Достоинство чугунных экономайзеров: применение чугуна в поверхностях нагрева и соединительных деталях значительно увеличивает срок службы из-за устойчивости его против коррозии, как по внутренней, так и по внешней поверхности.