Учебная работа. Проектирование котельного агрегата ДЕ-4-14ГМ

Рассматриваемый в курсовом проекте котлоагрегат — паровой котел ДЕ 4-14-ГМ. 1-ое число опосля наименования котла обозначает паропроизводительность, т/ч. 2-ое число — давление пара в барабане котла, ата. Индекс «ГМ» — способность котлоагрегата работать на газе и мазуте.
Котлы серии ДЕ — двухбарабанные, вертикально-водотрубные с экранированной топочной камерой и развитым котельным пучком из гнутых труб. Плотное экранирование топочных камер конвективных газоходов позволило выполнить котел в облегченной обмуровке. Котлоагрегат выполнен по D-образной компоновке. Во всех типоразмерах поперечник верхнего и нижнего барабанов 1000 мм, а длина цилиндрической части поменяются от 2240 (ДЕ-4) до 7500 мм (ДЕ-25). В фронтальном и заднем днищах барабанов установлены лазовые затворы для доступа в барабаны при ремонте. Ширина топочной камеры для всех котлоагрегатов серии по осям экранных труб схожа и составляет 1830 мм. Глубина топочной камеры котлоагрегатов серии ДЕ поменяются от 1980 до 7200 мм. Средняя высота топочной камеры всех котлоагрегатов схожа и составляет 2600 мм. Топочная камера разделена от конвективного пучка газоплотной перегородкой. Поперечник труб перегородки экранов 51×4 мм. Нужная газоплотность перегородки обеспечивается приваркой к трубам проставок шириной 6 мм. Фронтовой и задний экраны вертикальные с верхними и нижними камерами. Боковые экраны ввальцованы в барабаны. Правый боковой экран из гнутых труб перебегает в потолочный и подовый. В конце левого газоплотного экрана, отделяющего топочную камеру от котельного пучка быть может выполнен фестон, через который топочные газы поступают в конвективный газоход.
В конвективном газоходе котлоагрегатов ДЕ-4, ДЕ-6,5 и ДЕ-10 движение газов двухходовое с поворотом в горизонтальной плоскости и выходом со стороны задней стены обмуровки конвективного газохода. В котлоагрегатах ДЕ-4 и ДЕ-6,5 для доступа в топку имеются особые пролазы, а в ДЕ-10, ДЕ-16 и ДЕ-25 просочиться в топку можно лишь через отверстия для газомазутных горелок.
Во всех котлоагрегатах серии предвидено двухступенчатое испарение. Во вторую ступень испарения выделена часть труб конвективного пучка. Общим опускным звеном всех контуров первой ступени испарения являются крайние по ходу товаров сгорания трубы конвективного пучка. Опускные трубы 2-ой ступени испарения вынесены за границы газохода.
Питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан. В нижний барабан вода опускается по задним трубам конвективного пучка, фронтальные трубы которого являются испарительными. Не считая того, котловая вода из верхнего барабана поступает по опускным стоякам, вынесенным за границы подогрева в коллекторы боковых экранов. Пар, отсепарированный в жалюзийном сепараторе в верхнем барабане, направляется в паропровод. Боковые стенки котлов закрыты натрубной обмуровкой, состоящей из слоя шамота по сетке и нескольких слоев изоляционных плит, закрытых снаружи железной обшивкой. Котлы оборудованы системой возврата уноса и острым дутьем.
Разглядим вид котла ДЕ-4-14ГМ с топочной камерой, созданной для сжигания газа и мазута. Паропроизводительность котла 4 т/ч, давление пара 1,4 МПа. Для всех типоразмеров котлов типа ДЕ поперечник верхнего и нижнего барабанов 1000 мм. Расстояние меж барабанами 2700 мм. Ширина топочной камеры по осям экранных труб 1970 мм, высота 1500 мм. Топочная камера разделена от конвективного пучка газоплотной перегородкой из труб 51Ч2.5 мм, сваренных меж собой. В задней части перегородки имеется окно для входа газов в конвективный пучок. Трубы 51Ч2.5 мм правого бокового экрана, покрывающие пол и потолок топки, вводятся конкретно в верхний и нижний барабаны и соединяются с ними вальцовкой; трубы заднего экрана крепятся сваркой к верхнему и нижнему коллекторам, соединенных необогреваемой рециркуляционной трубой. Пол топки закрыт слоем огнеупорного кирпича. Конвективный пучок образован коридорно расположенными вертикальными трубами 51Ч2.5мм, ввальцованными в барабаны. Котел имеет в конвективных пучках продольные перегородки, что обеспечивает разворот газов в пучке и выход газов через заднюю стену котла. Обмуровка боковых стенок котла натрубная, шириной 250 мм, состоит из шамотобетона и изоляционных плит шириной 100мм, укрепленных на трубах котла. Снаружи обмуровка покрывается железной обшивкой. Главные теплотехнические и конструктивные размеры котлоагрегата серии ДЕ-4-14ГМ приведены в таблице 1.
Главные теплотехнические и конструктивные размеры I-ого конвективного пучка котлоагрегата серии ДЕ-4-14ГМ приведены в таблице 2.
Главные теплотехнические и конструктивные размеры экономайзера ВТИ приведены в таблице 3.
Таблица 1 — главные теплотехнические и конструктивные размеры котлоагрегата серии ДЕ-4-14ГМ

Размер топочной камеры

Vт

8.01 м

Площадь поверхности стенок топки

Fст

23.8 м

Поперечник экранных труб

dнарЧ

51Ч2.5 мм

Шаг труб боковых экранов

S

55 мм

Размещение труб

коридорное

Поперечный шаг труб

S1

110 мм

Продольный шаг труб

S2

90 мм.

Число рядов труб по ходу товаров сгорания в одном газоходе

z

19

Лучевоспринимающая поверхность нагрева

Hл

21.81 м2

Производительность

Dн.п

4 т/ч

Расчетный КПД котлоагрегата

зка

90.3%

Расчетный расход горючего

Вр

304 м/ч

Коэффициент излишка воздуха на выходе из топки

1.1

температура газов на выходе из топки

1067°C

Видимое теплонапряжение топочного размера

qV

379 кВт/м

Таблица 2 — главные теплотехнические и конструктивные размеры I-ого конвективного пучка котлоагрегата серии ДЕ-4-14ГМ

Поперечник труб

dнарЧ

51Ч2.5

Расчетная поверхности нагрева

H

48.51 м

Площадь живого сечения для прохода товаров сгорания

F

0.388 м

Средняя скорость газов

9 м/с

Температура газов за пучком

325°C

Присосы воздуха по газоходам котлоагрегата конвективного пучка

Д

0.05

Таблица 3 — главные теплотехнические и конструктивные размеры экономайзера ВТИ

Поверхность нагрева экономайзера

F

944м

температура газов за экономайзером

156°С

Суммарное сопротивление газоходов котлоагрегата

495Па

Металлический экономайзер с обшивкой имеет присосы воздуха по газоходам

Д

0.1

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1.1- начальные данные

Наименование

Обозначение

Размерность

Величина

Производительность

D

т/час

3,9

давление пара в барабане

Рб

МПа

1,2

Процент продувки

р

%

8,0

температура питательной воды

tп.в.

°С

100

Горючее — природный газ.

Месторождение (трубопровод) — Камертау-Магнитогорск.

Теплотворная способность — Qнр=36,8 МДж/кг

Плотность газа — =0,858 кг/м3

Таблица 1.2- Состав горючего

CH4, %

C2H6, %

C3H8, %

C4H10, %

C5H12, %

N2, %

CO2, %

81,7

5,3

2,9

0,9

0,3

8,8

0,2

3. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ

По данному виду горючего (природный газ Камертау-Магнитогорск) определяем простый состав и остальные свойства данного горючего и заносим их в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 — Черта горючего

CH4, %

C2H6, %

C3H8, %

C4H10, %

C5H12, %

N2, %

CO2, %

81,7

5,3

2,9

0,9

0,3

8,8

0,2

Теплотворная способность — Qнр=36,8 МДж/кг

Плотность газа — =0,858 кг/м3

Теоретический размер воздуха, нужного для полного сгорания 1 м3 горючего, м3/м3:

;

.

Теоретический размер водяных паров, м3/м3:

;

.

Теоретический размер азота в продуктах сгорания, м3/м3:

;

.

Теоретический размер трехатомных газов, м3/м3:

;

.

Теоретический размер товаров сгорания, м3/м3:

;

.

Расчет реальных размеров товаров сгорания приведен ниже в таблице 2. Принимаем коэффициент излишка воздуха на выходе из топки бт = бЧ = 1,1 (табл.2.4, [1]).

Коэффициент излишка воздуха перед каждой поверхностью нагрева опосля топочной камеры подсчитывается прибавлением к бЧ соответственных присосов воздуха (табл.3.2, [1]), т.е:

,

Набросок 2.1 — Схема присосов в котельном агрегате

Таблица 2.2 — Расчет реальных размеров товаров сгорания

Газоход

м3/м3; м3/м3; м3/м3; м3/м3

Рассчитываемая величина

топка

1,1

1,1

2,145

11,966

0,089

0,179

0,268

конвективный пучок

1,15

1,125

2,149

12,214

0,087

0,176

0,263

водяной экономайзер

1,25

1,2

2,160

12,957

0,082

0,167

0,249

уходящие газы

1,25

—

—

—

—

—

—

где — средний коэффициент излишка воздуха в газоходе поверхности нагрева;

— действительный размер водяных паров, м3/м3;

— суммарный объём товаров сгорания, м3/м3;

— объёмная толика трёхатомных газов;

— объёмная толика водяных паров;

— суммарная объёмная толика.

Энтальпия дымовых газов определяется как

,

где — энтальпия теоретического объёма товаров сгорания, представляющих из себя смесь газов при температуре , определяется как

, кДж/кг

— энтальпии трехатомных газов, азота и водяных паров;

— температура товаров сгорания;

— коэффициент излишка воздуха опосля каждой поверхностью нагрева опосля топочной камеры подсчитывается прибавлением к соответственных присосов воздуха;

— энтальпия теоретического количества воздуха, нужного для горения, определяется как , кДж/кг.

Таблица 2.3 — Энтальпии 1 м3 трехатомных газов, азота, водяных паров и воздуха

, оС

100

170,5

130,2

151,2

132,7

200

358,7

260,8

305,3

267,1

300

560,7

393,1

464,1

404,0

400

774,5

528,4

628,3

543,5

500

999,6

666,1

797,2

686,3

600

1226,4

806,4

970,2

832,4

700

1465,8

949,2

1150,8

982,8

800

1709,4

1096,2

1339,8

1134,0

900

1957,2

1247,4

1528,8

1285,2

1000

2209,2

1398,6

1730,4

1440,6

1100

2465,4

1549,8

1932,0

1600,2

1200

2725,8

1701,0

2137,8

1759,8

1300

2986,2

1856,4

2352

1919,4

1400

3250,8

2016,0

2566,2

2083,2

1500

3515,4

2171,4

2788,8

2247,0

1600

3780,0

2331,0

3011,4

2410,8

1700

4048,8

2490,6

3238,2

2574,6

1800

4317,6

2650,2

3469,2

2738,4

1900

4586,4

2814

3700,2

2906,4

2000

4859,4

2973,6

3939,6

3074,4

Таблица 2.4 — Энтальпия дымовых газов.

, оС

,

кДж/м3

,

кДж/м3

, кДж/м3

?I

?I

?I

100

1516,6

1293,0

1839,9

1872,1

200

3061,4

2602,5

3451,8

1782,7

3712,0

1916,1

300

4644,0

3936,5

5234,5

1833,9

5628,1

1969,8

400

6274,0

5295,7

7068,4

1879,4

7597,9

500

7944,7

6687,1

8947,8

1914,9

600

9646,1

8110,7

10862,7

1970,3

700

11396,6

9576,1

12833,0

2026,6

800

13202,2

11049,4

14859,6

2063,6

900

15044,8

12522,6

16923,2

2101,1

1000

16918,8

14036,8

18322,5

2034,0

19024,3

2111,8

1100

18797,3

15591,9

20356,5

2047,3

21136,1

2125,1

1200

20689,1

17147,0

22403,8

2097,9

23261,2

1300

22631,5

18702,1

24501,7

2139,2

1400

24611,1

20298,1

26640,9

2124,4

1500

26575,9

21894,1

28765,3

2157,0

1600

28573,3

23490,2

30922,3

2170,5

1700

30584,2

25086,2

33092,8

2179,4

1800

32604,0

26682,2

35272,2

2216,2

1900

34656,5

28319,1

37488,4

2205,9

2000

36698,7

29956,1

39694,3

На основании данных таблицы 2.4 строим Iи-диаграмму.

4. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛА И РАСХОД ТОПЛИВА

При термическом расчёте котельного агрегата термический баланс составляется для определения к.п.д. брутто и расчётного расхода горючего.

Коэффициентом полезного деяния (КПД) парового котла именуют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся нужная теплота, выработанная агрегатом, направляется к пользователю. часть выработанной теплоты в виде пара и электронной энергии расходуется на собственные нужды. Так, к примеру, на собственные нужды может расходоваться пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электронная энергия — для привода дымососа, вентилятора, питателей горючего, мельниц системы пылеприготовления и т. д. Под расходом на собственные нужды соображают расход всех видов энергии, затраченной на Создание пара. Потому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его именуют брутто, а если по отпущенной теплоте — нетто.

Расчет термического баланса котла и расхода горючего сводится в таблицу 3.1 — термический баланс котла и расход горючего.

Таблица 3.1 — Термический баланс котла и расход горючего

Наименование величины

Обозначение

Размерность

Формула либо источник определения

Расчет

1

2

3

4

5

1. КПД котельного агрегата

%

2. Утрата теплоты с уходящими газами

%

3. температура уходящих газов

?С

За ранее задаемся

150

4. Энтальпия уходящих газов

кДж/м3

По температуре из Iи — диаграммы, интерполируя из таблицы 2.2.

2776,0

5. Коэффициент излишка воздуха

—

Из расчета, таблица 2.2.

1,25

6. Энтальпия теоретического размера прохладного воздуха (ихв=30оC)

кДж/м3

Интерполируя, из таблицы 2.3.

7. Расчетная располагаемая теплота

кДж/м3

8. Утрата от хим недожега

%

По таблице 2.4 [1] черт топочных устройств

0,5

9. Утрата в ОС

%

По графику 4.1 [1] при производительности котла 3,9 т/ч

2,90

10. Действительный расход горючего

м3/с

11. количество продувочной воды

кг/с

12. Энтальпия питательной воды (Ср=4,187 кДж/кг)

кДж/кг

13. Энтальпия насыщенного пара

кДж/кг

По таблице II-II [2] для P=1 МПа

2784

14. Энтальпия котловой воды

кДж/кг

По таблице II-II [2] для P=1 МПа

795

15. Расчетный расход горючего

м3/с

0,0771

16. Коэффициент сохранения теплоты

—

5. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПОЧНОЙ КАМЕРЕ

Данный раздел проекта подразумевает выполнение поверочного расчета топочной камеры. В этом случае известны размер топочной камеры, степень ее экранирования, площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, конструктивные свойства экранных и конвективных поверхностей нагрева (поперечник труб, расстояния меж осями труб s1 и меж рядами s2 и т.д. — см. таблицу 2).

В итоге расчета определяется температура товаров сгорания на выходе из топки , удельные термо перегрузки топочного размера.

Поверочный расчет однокамерной топки приведен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 — Расчет термообмена в топочной камере

Наименование величины

Обозначение

Размерность

Формула либо источник определения

Расчет

1

2

3

4

5

1. Полная поверхность стенок топочной камеры

м2

Из таблицы 2 (таблица 1.8 [1])

23,8

2. Размер топочной камеры

м3

Из таблицы 2 (таблица 1.8 [1])

8,01

3. Поперечник труб

d

мм

Из таблицы 2 (таблица 1.8 [1])

51

4. Шаг труб экранов

мм

Из таблицы 2 (таблица 1.8 [1])

55

5. температура товаров сгорания на выходе из топки

оС

За ранее задаемся

1170

6. Энтальпия товаров сгорания на выходе из топки

кДж/ м3

По принятой температуре товаров сгорания на выходе из топки, при бЧЧ = 1,1 из Iи — диаграммы (интерп.)

21789,6

7. Полезное тепловыделение в топке

кДж/ м3

8. Адиабатная температура горения

К

По из Iи — диаграммы (интерполируя)

1879

9. Коэффициент термический эффект. топочных экранов

—

10. Угловой коэффициент однорядного гладкотрубного экрана

—

По рисунку 4.1 (набросок 5.1 [1])

для

0,98

11. Коэффициент загрязнения экранов

—

По таблице 5.1 [3] зависимо от вида горючего

0,65

12. Действенная толщина излучающего слоя

м

13. Коэффициент ослабления лучей

1/(м·МПа)

14. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

1/(м·МПа)

15. Парциальное давление

МПа

16. Давление в газовом тракте котла

МПа

Для котлов без наддува

0,1

17. Коэффициент ослабления лучей сажистыми частичками

1/(м·МПа)

18. Пересчет для газообразного горючего

—

19. Степень черноты факела

—

20. Степень черноты светящегося факела

—

21. Степень черноты несветящегося факела

—

22. Коэффициент, характеризующ долю топочного размера, заполненного светящейся частью факела

—

По таблице 5.2 [1] зависимо от вида сжигаемого горючего и удельной перегрузки топочного размера

0,1

23. Степень черноты топки

—

24. Параметр, зависящий от относительного положения максимума температуры по высоте топки

—

25. Отношение расстояний

—

По чертежу котла

1

26. Средняя суммарная теплоемкость товаров сгорания

кДж/(м3·К)

27. Действительная температура на выходе из топки

оС

28. Энтальпия товаров сгорания на выходе из топки

кДж/ м3

По реальной температуре товаров сгорания на выходе из топки из Iи — диаграммы

21892,0

29. количество тепла, выделенного в топке

кДж/ м3

Потому что приобретенное значения равного 1170°С наименее чем на 100°С, то расчёт топочной камеры считаем законченным.

Набросок 4.1 — Угловой коэффициент однорядного гладкотрубного экрана.

1 — при расстоянии от стены ;

2 — при ;

3 — при ;

4 — при ;

5 — без учета излучения обмуровки при .

6. РАСЧЁТ КОНВЕКТИВНОЙ поверхности НАГРЕВА

Конвективные поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара, также использования теплоты товаров сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значимой мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания пару.

Продукты сгорания передают теплоту внешной поверхности труб методом конвекции и лучеиспускания. От внешной поверхности труб к внутренней теплота передается через стену теплопроводимостью, а от внутренней поверхности к воде и пару — конвекцией. Таковым образом, передача теплоты от товаров сгорания к воде и пару представляет собой непростой процесс, именуемый теплопередачей.

При расчете конвективных поверхностей нагрева употребляется уравнение теплопередачи и уравнение термического баланса. Расчет производится для 1 м3 газа при обычных критериях. Для расчета задаются температурой товаров сгорания опосля рассчитываемой поверхности нагрева и потом уточняют ее методом поочередных приближений. В связи с сиим расчет ведут для 2-ух значений температуры товаров сгорания опосля рассчитываемого газохода.

Уравнение теплопередачи:

.

Уравнение термического баланса:

.

В уравнении теплопередачи коэффициент теплопередачи K является расчетной чертой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводимости и термического излучения. Из уравнения теплопередачи ясно, что количество теплоты, переданное через заданную поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и разность температур товаров сгорания и нагреваемой воды. Разумеется, что поверхности нагрева, расположенные в конкретной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры товаров сгорания и температуры воспринимающей теплоту среды. По мере движения товаров сгорания по газовому тракту температура их миниатюризируется и хвостовые поверхности нагрева (водяной экономайзер) работают при наименьшем перепаде температур товаров сгорания и нагреваемой среды. Потому чем далее размещена конвективная поверхность нагрева от топочной камеры, тем огромные размеры обязана она иметь и тем больше сплава расходуется на ее изготовка.

При выбирании последовательности размещения конвективных поверхностей нагрева в котлоагрегате стремятся так расположить эти поверхности, чтоб разность температуры товаров сгорания и температуры воспринимающей среды была большей. К примеру, пароперегреватель располагают сходу опосля топки либо фестона, так как температура пара выше температуры воды, а водяной экономайзер — опосля конвективной поверхности нагрева, поэтому что температура воды в водяном экономайзере ниже температуры кипения воды в паровом котле.

Уравнение термического баланса указывает, какое количество теплоты отдают продукты сгорания пару через конвективную поверхность нагрева. Количество теплоты Qб, отданное продуктами сгорания, равняется к теплоте, воспринятой паром.

Расчет конвективной поверхности нагрева представлен в таблице 5.1.

Таблица 5.1 — Расчет конвективной поверхности нагрева

Наименование величины

Обозн

Размерн

Формула либо источник определения

Расчет

1

2

3

4

5

6

1. Поверхность нагрева конвективн пучка

м2

Из таблицы 2 (таблица 1.8 [1])

48,51

2. Поперечник труб

d

мм

Из таблицы 2 (таблица 1.8 [1])

51

3. Шаги труб:

поперечный

s1

мм

Из таблицы 2 (таблица 1.8 [1])

110

продольный

s2

мм

Из таблицы 2 (таблица 1.8 [1])

90

относительн поперечный

—

относительн продольный

—

4. Живое сечение для прохода газа

м2

Из таблицы 2 (таблица 1.8 [1])

0,388

5. температура товаров сгорания на выходе из пучка

оС

За ранее задаемся

200

400

6. Энтальпия товаров сгорания за пучком

кДж/м3

По принятой температуре на выходе из топки по Iи — диаграмме

3451,8

7068,4

7. температура товаров сгорания на входе в пучок

оС

1175

8. Энтальпия товаров сгорания на входе в пучок

кДж/м3

Из таблицы 4.1 — п.28

21892,0

9. Тепловосприятие пучка по уравнению термического баланса

кДж/м3

10. Средняя температура потока товаров сгорания в газоходе

оС

11. Температурн напор в пучке

оС

температура насыщения

оС

По таблице II-II [5]

188

12. Средняя скорость товаров сгорания в газоходе

м/с

13. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от товаров сгорания к поверхности нагрева

Коэффициент теплоотдачи

Зависит от и d , определяется по номограмме рис.6.1 [1]

62,5

66,5

Поправка на число рядов труб по ходу товаров сгорания

—

Набросок 6.1 [1]

1

1

Поправка на компоновку пучка, определяется при поперечном омывании коридорных пучков

—

Набросок 6.1 [1]

1

1

Коэффициент, учитывающий воздействие конфигурации физических характеристик потока, определяется при поперечном омывании коридорных пучков труб

—

Зависит от и , определяется по рисунку 6.1 [1]

1,06

1,04

14. Степень черноты газового потока

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами

Толщина излучающего слоя

s

м

15. Коэффициент теплоотдачи излучением от товаров сгорания к поверхности конвективных пучков

Коэффициент теплоотдачи излучением

Зависит от и , определяется по рисунку 6.4 [1]

90

112

температура загрязнения стены (Дt=25 оС — для газа)

оС

Степень черноты товаров сгорания

а

—

Зависит от kps, определяется по таблице 5.6 [1]

0,177

0,159

Поправка по температуре

—

Зависит от и , определяется по рисунку 6.4 [1]

0,975

0,980

16. Суммарный коэффициент теплоотдачи от товаров сгорания к поверхности нагрева

Коэффициент использования

Для поперечно омываемых пучков

(п.10 стр. 39 [1])

1

17. Коэффициент теплопередачи

К

Коэффициент термический эффективности

—

По таблице 6.2 [1] зависимо от вида сжигаемого горючего

0,85

18. Средний температурный напор

оС

19. количество теплоты, воспринятое поверхностью нагрева

кДж/м3

20. Действительная температура товаров сгорания за КП

оС

По рисунку 1

295

21. Энтальпия товаров сгорания на выходе из топки

кДж/ м3

По реальной температуре товаров сгорания на выходе из конвективного пучка из Iи — диаграммы (интерполируя)

5145,5

22. количество тепла, выдел в топке

кДж/ м3

Набросок 5.1 — Графическое определение расчетной температуры товаров сгорания за пучком.

7. РАСЧЕТ ВОДЯНОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, почаще всего используются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении — железные.

При всем этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, нередко ограничиваются установкой лишь водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью наиболее 25 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками опосля водяного экономайзера постоянно устанавливается воздухоподогреватель. Для рассматриваемого котельного агрегата принимаем экономайзер типа ЭП1-94 с трубами системы ВТИ длиной 2 м. Характеристику труб приводится в таблице 6.1.

Таблица 6.1 — Черта труб водяного экономайзера ЭП1-94.

№ п/п

Определяемая величина

Обозначение

Размерность

Источник определения

Расчёт

1

Поверхность нагрева одной трубы

м2

Стр. 318 [2]

2,95

2

Живое сечение труб

м2

0,12

3

количество труб в ряду

шт

2

Весь термический расчет водяного экономайзера сводим в таблицу 9.

Таблица 6.2 — Термический расчет водяного экономайзера

Наименов величины

Обознач

Размерность

Формула либо источник определения

Расчет

1

2

3

4

5

1. Тепловосприятие водяного экономайзера

кДж/ м3

2. Энтальпия газов перед экономайзером

кДж/ м3

По температуре товаров сгорания опосля конвективного пучка °С из Iи — диаграммы

5145,5

3. Энтальпия газов опосля экономайзером

кДж/ м3

Из расчета, таблица 3.1 п.4,

2776,0

4. Энтальпия воды опосля экономайзера

кДж/кг

5. Энтальпия воды перед экономайзером

кДж/кг

418,7

6. Температура воды опосля водяного экономайзера

°С

7. Среднеарифметическая температура товаров сгорания

°С

8. Действительная скорость товаров сгорания в экономайзере

м/с

9. Коэффициент теплопередачи экономайзера

К

Коэффициент теплопередачи экономайзера по номограмме

Кн

По номограмме зависимо от , набросок 8.1 [1]

20,4

Поправка на температуру газов

—

По номограмме зависимо от , набросок 8.1 [1]

1,02

10. Средний температурный напор в экономайзере

°С

11. Площадь нагрева экономайзера

м2

12. Общее число труб в экономайзере

шт

Принимаем к установке

шт

—

32

13. Число горизонтальных рядов труб

ряд

8. НЕВЯЗКА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Таблица 7.1 — Расчет невязки термического баланса

Наимен величины

Обознач

Размерность

Формула либо источник определения

Расчет

1. Невязка термического баланса

—

2. Невязка термического баланса

9. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

движение товаров сгорания и воздуха, рассматриваемое как движение вязких жидкостей, имеет турбулентный нрав и происходит при изменяющейся температуре, потому что продукты сгорания охлаждаются. При движении товаров сгорания, владеющих вязкостью, появляются сопротивления, препятствующие движению. На преодоление этих сопротивлений затрачивается часть энергии, которой владеет передвигающийся поток воды. Сопротивления обоснованы силами трения передвигающегося потока о стены канала и возрастанием внутреннего трения в потоке при возникновении на его пути разных препятствий. Для преодоления сопротивлений передвигающийся поток должен владеть определенным лишним напором, который по мере продвижения по тракту будет падать.

Таковым образом, при выбирании газовоздушного тракта котельной установки суровое внимание обязано уделяться рациональной компоновке и трассировке газовоздухопроводов. Схема газового и воздушного тракта обязана быть обычный и содействовать увеличению надежности и экономичности работы установки. В связи с сиим даже в установках малой мощности рекомендуется использовать персональную компоновку хвостовых поверхностей нагрева, золоуловителей и тягодутьевых устройств без отводных газоходов и соединительных коллекторов.

Схема и размещение газовоздухопроводов должны выбираться так, чтоб сопротивление тракта было наименьшим при хороших скоростях потока. Как преимущественные на протяженных прямых участках рекомендуются газовоздухопроводы круглого сечения, потому что на их изготовка расходуется меньше сплава и изоляции по сопоставлению с газовоздухопроводами квадратного, и в особенности прямоугольного, сечения. Газоходы паровых и водогрейных котлов, работающих на взрывоопасных топливах (торф, мазут, природный газ), не обязаны иметь участков, в каких вероятны отложения несгоревших частиц либо сажи, также застойных, плохо вентилируемых зон. Таковыми участками почаще всего являются соединительные короба и перемычки, лежащие вне основного потока. При устройстве обходных газоходов, направляющих продукты сгорания мимо поверхности нагрева, золоуловителя либо в особенности дымососа, рекомендуется поочередная установка 2-ух плотных шиберов на прямых участках с может быть наименьшей скоростью потока.

В местах резких поворотов потока для частичного улавливания золы время от времени устраивают бункера (к примеру, под хвостовыми поверхностями нагрева). Но это приводит к усложнению критерий эксплуатации и не обеспечивает действенного улавливания летучей золы. Потому установка бункеров под резкими поворотами не рекомендуется.

Целью аэродинамического расчёта котельной установки является выбор нужных тягодутьевых машин на базе определения тяговой и дутьевой систем и перепада давлений в газовом тракте. Расчет сопротивлений газового тракта паровых котлов делается в согласовании с нормативным способом, разработанным ЦКТИ («Аэродинамический расчет котельных установок», изд. 3-е, Л.: Энергия, 1977/1961).

Расчет, выполненный ниже, учитывает сопротивления конвективного пучка труб, местные сопротивления при движении товаров сгорания, сопротивление водяного экономайзера. Сопротивления газоходов, дымовой трубы, подводов к дымососу и остальных местных сопротивлений, также самотягу дымовой трубы данный расчет не учитывает, в связи с отсутствием начальных данных по компоновке котельной также сведений о экологических критериях места размещения котельной.

Таблица 8.1 — аэродинамический расчет котельного агрегата

Определяемая величина

Обозначение

Размерность

Источник определения

Расчёт

1

2

3

4

5

1. Сопротивление поперечно омываемых пучков гладких и ребристых труб

Па

1.1 Сопротивление поперечно омываемых пучков гладких труб 1-го конвективного пучка

Па

Расчётная скорость газов

Средняя температура газа в 1-ом конвективном пучке

Коэффициент сопротивления гладкотрубного коридорного пучка

—

Коэффициент сопротивления, отнесённый к одному ряду пучка

—

По графику 5 [4]

Поправочный коэффициент

СRe

—

По графику 5 зависимо от[4]

СRe =1,08

Поправочный коэффициент

СS

—

По графику 5 зависимо от [4]

СS =0,47

Число рядов труб по глубине пучка

—

По чертежу котельного агрегата

Плотность протекающей среды

Коэффициент

1.2 Сопротивление поперечно омываемых пучков ребристых труб водяного экономайзера

Па

Поправка на экв поперечник сжатого поперечного сечения пучка

—

По графику 7 зависимо от [4]

Поправка на длину труб

—

По графику 7 зависимо от [4]

Поправка на коэффициент

—

По графику 7 зависимо от [4]

Поправка на число рядов труб

—

При , принимается равной 1[4]

Число рядов труб по глубине пучка

—

В нашем случае

Сопротивление 1-го ряда коридорного пучка труб по графику

Па

По графику зависимо от = 12,59 м/с и = 223,0 оС

Расчётная скорость газов

Средняя температура газа в водяном экономайзере

2. Местные сопротивлен

Па

2.1 Сопротивление 1-го поворота

Па

Расчётная скорость газов

Коэффициент местного сопротивления

—

Принимается зависимо от угла поворота, в данном случае 90

Плотность протекающей среды

2.2 Сопротивление 2-го поворота

Па

Расчётная скорость газов

Коэффициент местного сопротивления

—

Принимается зависимо от угла поворота, в данном случае 90

Плотность протекающей среды

Коэффициент понижения живого сечения

Принимается на базе конструкции котла

2.3 Сопротивление 3-го поворота

Па

Расчётная скорость газов

Коэффициент местного сопротивления

—

Принимается зависимо от угла поворота, в данном случае 90

Плотность протекающей среды

Коэффициент понижения живого сечения

Принимается на базе конструкции котла

2.4 Сопротивление 4-го поворота

Па

Расчётная скорость газов

Коэффициент местного сопротивления

—

Принимается зависимо от угла поворота, в данном случае 90

Плотность протекающей среды

2.5 Сопротивление 5-го поворота

Па

Расчётная скорость газов

Коэффициент местного сопротивления

—

Принимается зависимо от угла поворота, в данном случае 90

Плотность протекающей среды

3. Разрежение в топке

Па

Принимаем от 20 до 40 Па [4]

10. ВЫБОР ТЯГОДУТЬЕВЫХ УСТРОЙСТВ

Подбор тягодутьевых устройств
Выбор тягодутьевых устройств осуществляем зависимо от вида котла, в нашем случае ДЕ 4-14ГМ (табл.8.22 [2]):
Таблица 9.1 — Комплектация вспомогательного оборудования

Наименование оборудования

Марка

Тип электродвигателя (мощность)

Дымосос

ДН-9

4А-160S-6 (11 кВт)

вентилятор*

ВДН-8

4А-160S-6 (11 кВт)

* — Комплектация по дефлоту (в данном проекте вентилятор не подбирается)
Свойства вспомогательного оборудования представлены в таблице 9.2 (табл.14.1, 14.4 [2]):
Таблица 9.2 — свойства вспомогательного оборудования

Марка

Производи-тельность, м3/час

Напор, кПа

КПД, %

Маса без эд., кг

Марка эд, мащность

Изготовитель

ДН-9

14 650

1,78

83

536

4А-160S-6 (11 кВт)

Бийский КЗ

ВДН-8

10 200

2,19

83

417

4А-160S-6 (11 кВт)

Бийский КЗ

нужно отметить, что выбор тягодутьевых машин оказывает существенное воздействие на мощность и экономичность работы котельной установки. Повышение сопротивления газового либо воздушного тракта по сопоставлению с расчетными значениями приводит к понижению производительности тягодутьевых машин, т.е. к недочету тяги либо воздуха и уменьшению мощности парового либо водогрейного котла, либо напротив — к завышению электронной мощности установленного оборудования, что ведет к перерасходу электроэнергии на котельной в целом.
Таковым образом, следует проверить сопоставимость избранного оборудования (дымососа) с настоящими напорными и расходными характеристками.
Поверочный расчет тягодутьевых устройств

Производительностью дымососа именуют размер перемещаемых машинкой товаров сгорания в единицу времени. Нужная расчетная производительность дымососа определяется с учетом критерий всасывания, т. е. лишнего давления и температуры перед машинкой, и представляет собой действительные объемы товаров сгорания либо воздуха, которые должен перемещать дымосос.

1. Расчетная производительность (м3/ч):

Qp = в1ЧVЧ,

где V = BpЧЧ — расход товаров сгорания

в1 — коэффициент припаса по производительности (принимаем в1 =1,05)

hб — барометрическое давление в месте установки машинки.

В нашем случае: Qp =1.05Ч0.0771Ч12,96ЧЧЧ3600=5354 м3/ч;

2. Расчетное полное давление, которое должен создавать дымосос, определяется по формуле

Hp= в2ЧДHп,

Hp=1.1Ч348,8=383,7 Па

где в2 — коэффициент припаса по напору (принимаем в2 =1,1)

ДHп, — обязано также учесть самотягу дымовой трубы также доп сопротивления на трения газов при прохождении газового тракта и дымовой трубы (предполагаем, что эти величины самокомпенсируют друг друга)

3. В связи с тем что напорные свойства машин, приводимые в каталогах, составлены для работы на воздухе при абсолютном давлении 101080 Па, нужно полное расчетное давление привести к условиям, обозначенным в каталоге, по формуле:

=534,5 Па.

где с0 — плотность перемещаемых газов;

t — температура товаров сгорания перед машинкой, °С;

tхар — температура, для которой составлена приведенная в каталоге напорная черта.

4. Выбор дымососа следует создавать так, чтоб точка с параметрами Qp и размещалась на напорной характеристике, приведенной в каталоге, в зоне КПД не меньше 90 % наибольшего значения.

5. Мощность (кВт), потребляемая дымососом определяется по формуле

где зэ — КПД машинки в рабочей точке, определяемый по напорной характеристике, приведенной в каталоге, % .

6. Расчетная мощность электродвигателя (кВт) определяется по потребляемой мощности с коэффициентом припаса вз = 1,05:

Nдв = NЧвз=1,2 Ч1,05=1,3 кВт

Электродвигатель выбирается по мощности Nдв из списка движков, рекомендованных заводом изготовителем.

Расчеты демонстрируют, что подобранное ранее оборудование по электронной мощности на порядок превосходит требуемые характеристики. Такое оборудование в первом приближении неэффективно без внедрения частотно-регулируемого провода дымососа. Но Издержки на внедрение частотного регулирования могут быть несопоставимо большенными, чем эффект приобретенный за счет экономии электроэнергии. Таковым образом, при выбирании оборудования, следует делать проверку и экономической эффективности вмененных издержек.

11. ВЫБОР ПИТАТЕЛЬНЫХ НАСОСОВ