Расчет - Котел ДКВР 10-13
Подождите немного. Документ загружается.
Оглавление:
1. Задание на курсовой проект..........................................................................2
2. Описание конструкции котла и топочного устройства..............................3
3. Объёмы воздуха и продуктов сгорания.......................................................5
4. Энтальпии продуктов сгорания....................................................................7
5. Тепловой баланс теплогенератора...............................................................8
6. Тепловой расчет топочной камеры..............................................................9
7. Расчет конвективного пучка.......................................................................14
8. Тепловой расчет водяного экономайзера..................................................19
9. Сводная таблица расчета и тепловой баланс котла..................................22
1. Задание на курсовой проект.
1. Тип котла: ДКВР;
2. Тип топки: камерная;
3. Вид и сорт топлива: природный газ Уренгой-Надым-Пунга-Ухта;
4. D = 9,5
т/ч
;
5. Р = 1.4 МПа;
6. t
п.в
= 110
∘
С
;
7.
ϑ
ух
= 130
∘
С
;
8. t
х.в
= 30
∘
С
.
Характеристики топлива:
природный газ Уренгой–Надым–Пунга–Ухта
Состав топлива, %:
CH
4
= 98,72
C
2
H
6
= 0,12
C
3
H
8
= 0,01
CO
2
= 0,14
N
2
= 1
Низшая теплота сгорания Q
н
р
= 35.5 МДж/м
3
2. Описание конструкции котла и топочного устройства
Условное обозначение парового котла ДКВР означает - двухбарабанный котел,
водотрубный, реконструированный. Первая цифра после наименования котла обозначает
паропроизводительность, т/ч, вторая - избыточное давление пара на выходе из котла,
кгс/см
2
- (для котлов с пароперегревателями давление пара за пароперегревателем), третья
- температуру перегретого пара, °С.
Стационарные паровые котлы ДКВР разработаны ЦКТИ им. Ползунова совместно
с Бийским котельным заводом. Котлы были разработаны в 40-х годах, а с 50-го года
начался их поточно-серийный выпуск под маркой ДКВ. Впоследствии, в процессе
изготовления и эксплуатации, эти котлы подверглись некоторым изменениям
(сокращена длима топки, уменьшены шаги труб кипятильного пучка и т. п.) и с 1958 г.
выпускаются под паркой ДКВР.
Конструктивная схема котлов серии ДКВР паропроизводительностью до 10 т/ч
одинаково независима от используемого топлива и применяемого топочного устройства.
Котел имеет верхний длинный и нижний короткий барабаны, расположенные
вдоль оси котла, экранированную топочную камеру и развитый кипятильный пучок из
гнутых труб. Для устранения затягивания пламени в пучок и уменьшения потерь с
уносом и химическим недожогом топочная камера котлов ДКВР-2,5; ДКВР-4; ДКВР-6,5
делится шамотной перегородкой на две части: собственно топку и камеру догорания. На
котлах ДКВР-10 камера догорания отделяется от топки трубами заднего экрана. Между
первым и вторым рядами труб котельного пучка всех котлов также устанавливается
шамотная перегородка, отделяющая пучок от камеры догорания. Внутри котельного
пучка имеется чугунная перегородка, которая делит его на первый и второй газоходы и
обеспечивает горизонтальный разворот газов в пучках при поперечном омывании труб.
Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла – асимметричные. При
наличии пароперегревателя часть кипятильных труб не устанавливается;
пароперегреватели размещаются в первом газоходе после второго-третьего рядов
кипятильных труб.
Для осмотра барабанов и расположенных в них устройств, а также для очистки
труб шарошками на задних днищах имеются лазы; у котла ДКВР-10 с длинным барабаном
имеется еще лаз на переднем днище верхнего барабана. Для наблюдения за уровнем воды
в верхнем барабане установлены два водоуказательных стекла и сигнализатор уровня. У
котлов с длинным барабаном водоуказательные стекла присоединены к цилиндрической
части барабана, а у котлов с коротким барабаном к переднему днищу. Из переднего днища
верхнего барабана отведены импульсные трубки к регулятору питания. В водяном
пространстве верхнего барабана находятся питательная труба, у котлов ДКВР 10-13 с
длинным барабаном - труба для непрерывной продувки; в паровом объеме -
сепарационные устройства. В нижнем барабане установлены перфорированная труба для
периодической продувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для
спуска воды.
Барабаны внутренним диаметром 1000 мм на давление 1,4 МПа изготавливаются из
стали 16ГС или 09Г2С и имеют толщину стенки 13 мм. Экраны и кипятильные пучки
котлов выполняются из стальных бесшовных труб.
Для удаления отложений шлама в котлах имеются торцевые лючки на нижних камерах
экранов, для периодической продувки камер имеются штуцеры диаметром 32 × 3 мм.
Котлы ДКВР-2,5, ДКВР-4 и ДКВР-6,5, поставка которых может осуществляться
одним транспортабельным блоком и в разобранном виде, имеют опорную раму сварной
конструкции, выполненную из стального проката. Котлы ДКВР-10 опорной рамы не
имеют. Неподвижной, жестко закрепленной точкой котла является передняя опора
нижнего барабана. Остальные опоры нижнего барабана и камер боковых экранов
выполнены скользящими. Камеры фронтового и заднего экранов крепятся
кронштейнами к обдувочному каркасу. Камеры боковых экранов крепятся к опорной
раме.
Питательная вода поступает в верхний барабан по двум питательным линиям,
откуда по последним рядам труб конвективного пучка поступает в нижний барабан.
Питание экранов производится необогреваемыми трубами из верхнего и нижнего
барабанов. Фронтовой экран котла ДКВР-10 питается водой из опускных труб верхнего
барабана, задний экран – опускных труб нижнего барабана. Пароводяная смесь из
экранов и подъемных труб пучка поступает в верхний барабан.
Все котлы снабжены внутрибарабанными паросепарационными устройствами для
получения пара.
3. Объёмы воздуха и продуктов сгорания.
Присосы холодного воздуха Δ
i
:
Данный котел имеет металлическую обшивку труб экран (Δ
т
=0.05), конвективный
пучок образован коридорно-расположенными вертикальны ми тр убами ( Δ
КП
=0.05)
и чугунный экономайзер с обшивкой (Δ
ВЭК
=0.1).
Избытки воздуха:
т
=1.1;
α
КП
=α
Т
+∆ α
КП
=1.1+0,05= 1.15 ;
α
ВЭК
= α
КП
+∆ α
ВЭК
=1.15+0.1=1.25 ;
Средние избытки воздуха:
α
Т
=α
Т
;
α
КП
=
α
Т
+α
КП
2
=
1.1+1.15
2
=1.125;
α
ВЭК
=
α
КП
+α
ВЭК
2
=
1.15+1.25
2
=1.2 ;
Теоретические объемы дымовых газов:
Теоретически необходимый объем воздуха:
V
0
=0.0476∙
(
2 ∙CH
4
+3.5∙ C
2
H
6
+5 ∙C
3
H
8
)
=¿
¿0.0476 ∙
(
2∙ 98.72+3.5 ∙0.12+5 ∙ 0.01
)
=9.42
м
3
м
3
;
Объем сухих трехатомных газов:
V
RO
2
0
=0.01 ∙
(
CO
2
+CH
4
+2∙ C
2
H
6
+3 ∙C
3
H
8
)
=¿
¿0.01 ∙
(
0.14 +98.72+2 ∙0.12+3 ∙0.01
)
=0.991
м
3
м
3
;
Теоретически объем азота:
V
N
2
0
=0.79 ∙V
0
+0.01∙ N
2
Т
=0.79 ∙ 9.42+0.01∙ 1=7.452
м
3
м
3
;
Теоретически объем водяных паров:
V
H
2
O
0
=0.01 ∙
(
2 ∙ CH
4
+3∙ C
2
H
6
+4 ∙C
3
H
8
)
=¿
¿0.01 ∙
(
2 ∙ 98.72+3∙ 0.12+4 ∙ 0.01
)
= 2.13
м
3
м
3
;
Действительный объем водяных паров рассчитывается по формуле:
V
H
2
O
=V
H
2
O
0
+0.0161
(
α
i
−1
)
V
0
;
Действительный объем дымовых газов в поверхности нагрева:
V
Г
=V
H
2
O
+V
N
2
0
+V
RO
2
0
+1.0161
(
α
i
−1
)
V
0
;
Объемная доля трехатомных газов:
r
R O
2
=
V
RO
2
0
V
Г
;
Объемная доля водяных паров:
r
H
2
O
=
V
H
2
O
V
Г
;
Суммарная доля:
r
П
=r
RO
2
+r
H
2
O
;
Таблица 1. Расчет объемов продуктов сгорания топлива
№ НАИМЕНОВАНИЕ ВЕЛИЧИН
Обозначение
Размерность
Поверхности нагрева
Топка
(с каме-
рой
дожига-
ния)
Конвек-
тивный
пучок
(КП)
Водяной
эконо-
майзер
(ВЭК)
1
Коэффициент расхода воздуха (для
таблицы It)
α
i
б
р
α
T
=
1,1
α
КП
=¿
1.15
α
ВЭК
=¿
1.25
2 Средний коэффициент расхода воздуха
α
i
б
р
α
T
=α
T
α
КП
=1,125
α
ВЭК
=1,2
3
Действительный объем
водяных паров
V
Н
2
О
м
3
кг( м
3
)
2,145 2,153 2,168
4
Действительный объем
продуктов сгорания
V
Г
м
3
кг( м
3
)
11,531 12,009 12,967
5
Объемная доля водяных паров в
продуктах сгорания
r
H
2
O
б
р
0,1860 0,1793 0,1672
6
Объемная доля трехатомных газов в
продуктах сгорания
r
RO
2
б
р
0,08254 0,08254 0,07645
7
Суммарная доля водяных паров и
трехатомных газов
r
П
б
р
0,272 0,262 0,244
4. Энтальпии продуктов сгорания.
Значения теоретического теплосодержания продуктов сгорания
I
Г
0
и воздуха
I
В
0
берутся из таблицы 16 [2, с.168]:
Таблица 2. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания
ϑ
о
С
I
Г
о
[
кДж
м
3
]
I
В
о
[
кДж
м
3
]
I
Г
=I
Г
о
+I
В
о
⋅
(
α
i
−1
)
,
[
кДж
м
3
]
топка
при
α
T
=
конвективны
й пучок при
α
КП
=
1.25
ВЭК
при
α
ВЭК
ух
=
1.35
1 2 3 4 5
6
t
Х .В
- 389,1 - - -
100
1431 1251 - -
1744
200
2930 2516 - 3307
3559
300
4488,5 3812 - 5060
При
t
ух
=130
0
С
I
ух
ВЭК
=2288
400
6047 5108 - 6813
500
7678 6465 8324,5 8648
-
600
9309 7822 10091,2 10482
-
700
11017 9230,5 11940,05 12402
-
800
12725 10639 13788,9 -
-
900
14506 12095 15715,5 -
-
1000
16287 13551 17642,1 -
-
1100
18117 15040 19621 -
-
1200
19947 16529 21599 -
-
1300
21794 18046 23598 -
-
1400
23641 19563 25597 -
-
1500
25549,5 21104 27659 -
-
1600
27458 22645 29722 -
-
1700
29402,5 24195 31822 -
-
1800
31347 25745 33921 -
-
1900
33309,5 27319 36041 -
-
2000
35272 28893 38161 -
-
2100
39258 31966 42454 -
-
2200
43244 35039 46748 -
-
Теплосодержание продуктов сгорания считаются по формуле:
I
Г
=I
Г
о
+I
В
о
⋅
(
α
i
−1
)
;
где
α
i
- коэффициент расхода воздуха в соответствующем сечении котла.
5. Тепловой баланс теплогенератора
Составление теплового баланса котла заключается в установлении равенства
между поступившим в котел количества тепла, называемым располагаемым теплом, и
суммой полезно использованного тепла Q
1
и тепловых потерь Q
2
, Q
3
, Q
4
, Q
5
, Q
6
.
Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому со-
стоянию котла на 1 м
3
газообразного топлива при 0
о
С и 760 мм рт.ст. Общее уравнение
теплового баланса имеет вид
Q
P
r
=Q
1
+Q
2
+Q
3
+Q
4
+Q
5
+Q
6
,
кДж
м
3
где:
Q
1
– полезное тепло (на нагрев воды, превращения её в пар);
Q
2
– потери тепла с уходящими газами при t
ух
;
Q
3
– потери тепла с химическим недожогом топлива;
Q
4
– потери тепла с механическим недожогом топлива (Q
4
=0 для газа или мазута);
Q
5
– потери тепла в окружающую среду (через обмуровку);
Q
6
– потери тепла с физическим теплом шлака .
В удельных величинах при
q
i
=
Q
i
Q
P
r
⋅100
, %
уравнение будет иметь вид:
η=100−( q
2
+q
3
+q
4
+q
5
+q
6
)
, %
где:
η
– коэффициент полезного действия (КПД) теплогенератора;
q
2
, q
3
, q
4
,q
5
, q
6
– соответственно удельные потери тепла с уходящими газами, с
химическим недожогом топлива, с механическим недожогом топлива, потери тепла в ок-
ружающую среду (через обмуровку) и потери тепла со шлаком и золой.
Потери тепла с уходящими газами
q
2
– зависят от температуры газов,
покидающих котел (за водяным экономайзером):
q
2
=
(
I
ух
−α
ух
⋅I
Х .В
)
⋅
(
100−q
4
)
Q
P
r
=
(
2288−1,4⋅375 ,3
)
⋅
(
100−0
)
35500
=5 , 08
%
где:
I
ух
– энтальпия уходящих газов, определяемая по табл.2;
I
Х .В
– энтальпия холодного воздуха при
t
Х . В
, определяемая по табл.2 (колон-
ка 3);
α
ух
– коэффициент расхода воздуха уходящих газов (в данном случае за ВЭК),
б / р
;
q
4
– потери тепла с механическим недожогом (т.к. топливо газ, то
механического недожога нет), %;
Q
P
r
– располагаемое тепло топлива на рабочую массу. Для газа принимают
соответственно
Q
P
r
= Q
i
d
где:
Q
i
d
– низшая теплота сгорания газообразного топлива на сухую массу,
кДж/ м
3
.
Потери тепла с химическим недожогом q
3
для газа выбираем из диапазона табл.3
[1, с. 9]. q
3
= 0,4 %.
Потери тепла от наружного охлаждения (через обмуровку) q
5
:
Так как паропроизводительность котла отличной от номинальной менее чем на
25%, q
5
принимается при производительности 9,5 т/ч и с наличием водяного экономайзера
по рис. 5.1, кривая 1 [2, с.13].
q
5
=1,8%.
Коэффициент полезного действия (КПД) по формуле:
η=100−( q
2
+q
3
+q
4
+q
5
+q
6
)=100−
(
5 , 08+0,4+0+1,8+0
)
=92 , 72
%;
Расход топлива на теплогенератор:
В=
D⋅
(
i
' '
−i
п. в
'
)
+D
пр
⋅
(
i
S
'
−i
п. в
'
)
Q
P
r
⋅η
=
2 , 64⋅
(
2788,9−460 ,9
)
+0 ,079⋅
(
830 ,1−460 ,9
)
35500⋅0 , 915
=0 ,188 кг/с
;
где:
D
пр
– заданная величина непрерывный продувки (из верхнего барабана),
кг/с
равная
D
пр
=0 ,01⋅П⋅D=0 , 01⋅3⋅9,5⋅1000 /3600=0 ,079
кг
с
;
П
– процентное количество воды непрерывной продувки,
П=3÷10 %
,
i
S
'
– энтальпия кипящей воды, определяется при давлении 1,3 МПа;
кДж/кг
;
i
''
– энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 1,3 МПа,
кДж/кг
;
i
п. в
'
– энтальпия питательной воды на входе в ВЭК при
t
п. в
(задана)
i
'
= c⋅t=4 ,19⋅110=460 ,9
,
кДж/кг
;
η
– коэффициент полезного действия (в долях), определяется по формуле.
Расчетный расход топлива равен расходу топлива на теплогенератор, т.к. q
4
=0.
6. Тепловой расчет топочной камеры
6.1 Геометрические размеры топки и параметры экрана:
Объем топки
V
Т
=39,3 м
3
, шаг экранных труб топки s=80 мм и диаметр труб d=51
мм берутся из табл. 7 [3, с.23] и табл. П4[1, с.45].
Определение площади ограждающих поверхностей топки.
В соответствии с типовой обмуровкой топки котла ДКВР-10-13, которая показана на
схеме, подсчитаем площади ограждающих её поверхностей, включая поворотную камеру.
Внутренняя ширина котла равна 2810 мм .
Схема топки котла ДКВР-10 и её основные размеры
F
пл
=b⋅l
,
где
b
- расстояние между осями крайних труб данного экрана, м;
l
- освещенная длина экранных труб, м.
Боковые стены
F
бок . ст
=2⋅
[
(
2,4⋅2
)
+
(
2,8⋅1,6
)
+
(
3,4⋅1,4
)
+
(
0,8⋅1,5
)
]
=30 , 42 м
2
,
Передняя стена
F
фр
=2 ,81⋅5=14 ,2 м
2
;
Задняя стена
F
зад.
=2 , 81⋅5,4=15 ,2 м
2
;
Две стены поворотной камеры
F
п . к .
=2⋅
(
2 , 81⋅1,5
)
=8,4 м
2
;
Потолок
F
пот .
=2 , 81⋅3,2=9 м
2
;
Под топки и поворотной камеры
F
под
=
(
2 ,81⋅3,4
)
+
(
2 ,81⋅0,8
)
=9,6+2 , 25=11,85 м
2
;
Общая площадь ограждающих поверхностей
F
ст
=F
бок
+F
фр
+F
зад
+F
п .к
+F
пот
+F
под
.
F
ст
=30 , 42+14 ,2+15 ,2+8,4+9+11 , 85=89 м
2
.
Определение лучевоспринимающей поверхности нагрева топки
Общую лучевоспринимающую поверхность нагрева топки определяют как сумму
отдельных составляющих
Н
л
=Н
б . э
+ Н
п. э
+Н
з . э
+ Н
л
'
=19 ,5+4 , 65+8,8+3,6=37 м
2
.
6.2 Поверочный расчет топки
Теплота излучения факела в топке идет на кипение воды в экранных трубах, в свя-
зи, с чем температура газов на выходе из топки будет меньше температуры ядра факела. В
поверочном расчете температура газов на выходе в конце топки определяется по формуле:
ϑ
Т
' '
=
Т
а
1+М⋅В
~
и
0,3
[
5 ,67⋅10
−11
⋅ψ
ср
⋅F
ст
⋅Т
а
3
ϕ⋅В
Р
⋅
(
Vc
)
ср
]
0,6
−273
o
C
;
где: