Загрузил lov2609

Курсовая работа. Поверочный расчет котлоагрегата

Реклама
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет»
Факультет энергетики и электроники
Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»
Поверочный тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата
ДЕ-16-14ГМ, выбор тягодутьевых устройств
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Котельные установки и парогенераторы»
БГТУ.13.03.01.Б1.В.07.КР.00.0000.ПЗ.064.
Студент гр. __________
зач. кн. №_________
______________________________.
16 ноября 2020 г.
Преподаватель
______________________________
_______________
«____» ноябрь 2020 г.
Брянск 2020
2
Пояснительная записка представляет собой отчет о выполнении
курсовой работы по поверочному расчету парового двухбарабанного,
вертикально-водотрубного котельного агрегата ДЕ-16-14ГМ на увеличенную
паропроизводительность.
Приведено техническое описание и чертежи конструкции котла ДЕ-1614ГМ. Рассчитаны тепловыделения в топочной камере, конвективном пучке и
экономайзере
котла.
Определено
аэродинамическое
сопротивление
газовоздушного тракта. Произведен подбор необходимого оборудования:
водяного экономайзера, дымососа и дутьевого вентилятора.
Пояснительная записка содержит необходимые для проведения расчета
диаграммы и номограммы. Всего 27 рисунков, 21 таблица, 64 страницы текста.
3
Задание к курсовой работе
по дисциплине «Котельные установки и парогенераторы»
Студенту 3 курса направления подготовки
13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника»
«Поверочный тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата
ДЕ-16-14ГМ, выбор тягодутьевых устройств»
Выполнить:

Поверочный тепловой расчет котельного агрегата ДЕ-16-14ГМ на
увеличенную паропроизводительность − 20 т/ч

Аэродинамический расчет газового и воздушного тракта котла

Выбрать соответствующие тягодутьевые устройства.
Выдано 16.02.2019г.
Руководители работы:
Исполнитель работы:
доц., к.т.н. Анисин А.К.
Луданный О.В.
4
СОДЕРЖАНИЕ
Введение .......................................................................................................... 5
1. Техническое описание котла ДЕ-16-14ГМ-О ........................................... 7
2. Тепловой расчет котла ДЕ-16-14ГМ-О ................................................... 21
2.1 Состав и характеристики топлива и продуктов сгорания ..................... 21
2.2 Тепловой баланс котельного агрегата ................................................... 27
2.3 Тепловой расчет топочной камеры ....................................................... 28
2.3.1 Определение площади ограждающих поверхностей...................... 28
2.3.2 Расчет теплообмена в топке ........................................................... 28
2.4 Расчет конвективных поверхностей нагрева......................................... 33
2.5 Расчет водяного экономайзера.............................................................. 42
3. Аэродинамический расчет котла ДЕ-16-14ГМ-О .................................. 46
3.1 Расчет сопротивления конвективного пучка......................................... 47
3.2 Расчет сопротивления водяного экономайзера ..................................... 49
3.3 Расчет сопротивления газового тракта.................................................. 50
3.4 Расчет дымовой трубы .......................................................................... 52
3.5 Расчет сопротивления воздушного тракта ............................................ 54
4. Подбор тягодутьевых устройств ............................................................. 56
4.1. Выбор дымососа ................................................................................. 56
4.2. Выбор дутьевого вентилятора ............................................................ 58
Заключение ................................................................................................... 61
Список используемых источников ............................................................. 63
5
ВВЕДЕНИЕ
Паровым или водогрейным котлом называется устройство, в котором
для получения пара или нагрева воды под давление выше атмосферного
используется теплота, выделяющаяся при сгорании органического топлива.
Паровые котлы типа ДЕ предназначены для выработки насыщенного и
перегретого пара используемого для технических нужд промышленных
предприятий, на теплоснабжение систем отопления, вентиляции и горячего
водоснабжения. Основным оборудованием установки является топочная
камера, экранные и конвективные поверхности нагрева, водяной экономайзер.
Топочная камера предназначена для организации процесса горения то плива.
Основными частями котла являются верхний и нижний барабаны,
конвективный пучок, фронтовой задний и боковой экран, образующие
топочную камеру, которая располагается сбоку от конвективного пучка.
Поверхности нагрева в зависимости от передачи им тепла различают на
экранные (лучевоспринимающие) и конвективные. Первые располагаются в
топочной камере по периметру и образуют канал, в котором установлен
конвективный пучок. Продукты сгорания, образуясь в камере сгорания (топке)
пройдя через конвективный пучок, попадают в экономайзер расположенный
позади котла. Водяной экономайзер предназначен для утилизации тепла,
которое не было воспринято котлом и последующего возвращения его в котел
с помощью питательной воды.
Технологическая схема котельной установки видоизменяется в
зависимости от ее назначения, производительности, параметров пара, вида
топлива, способа его сжигания и местных условий.
Современный
котел
оснащается
системами
автоматизации,
обеспечивающими надежность и безопасность его работы, рациональное
использование топлива, поддерживание требуемой производительности и
параметров пара, повышение производительности труда персонала и
6
улучшений условий его работы, защиты окружающей среды от вредных
выбросов.
Промышленные котлы типа ДЕ применяются на предприятиях с
прошлого века и по сей день. В наше время постоянно увеличивается
автоматизация и модернизация их работы с целью повышения КПД и
экономичности
их
работы.
Поэтому
выполнение
тепловых
и
аэродинамических расчетов котельных установок, а также ознакомление с их
устройством и оснащением дополнительным оборудованием является
актуальной задачей.
Поверочный расчет парового котла выполняется для оценки показателей
экономичности, выбора вспомогательного оборудования, получения данных
для
последующих
прочностных.
расчетов:
аэродинамических,
Спецификой данного
расчета является
гидравлических,
неизвестность
промежуточных температур газов и теплоносителя, поэтому данный расчет
производится методом последовательных приближений.
Целью данной работы является выполнение поверочного расчета
котельного агрегата и подбор тягодутьевых устройств.
Для достижения данной цели необходимо решить ряд следующих задач:
1. Определить состав и количество топлива, а также продуктов сгорания
2. Произвести тепловой расчет поверхностей нагрева: топочной камеры,
конвективного пучка и водяного экономайзера
3. Рассчитать аэродинамическое сопротивление газовоздушного тракта
котельной установки
4. По результатам расчетов подобрать необходимые тягодутьевые
устройства: дымосос и дутьевой вентилятор
7
1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КОТЛА ДЕ-16-14ГМ-О
Паровой
котел
ДЕ-16-14ГМ-О
предназначен
для
выработки
насыщенного или перегретого пара, используемого для технологических нужд
промышленных предприятий, а также систем отопления, вентиляции и
горячего водоснабжения.
Котел
двухбарабанный
вертикально-водотрубный
выполнен
по
конструктивной схеме «Д», характерной особенностью которой является
боковое расположение топочной камеры относительно конвективной части
котла.
Котёл ДЕ-16-14ГМ-О – паровой котёл, основными элементами которого
являются верхний и нижний барабаны, топка, образованная экранированными
стенками, с горелкой и пучок вертикальных труб между барабанами. У котла
внутренний диаметр верхнего и нижнего барабанов составляет 1000 мм.
В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба
и труба для ввода фосфатов, в паровом объёме – сепарационное устройство. В
нижнем барабане размещаются устройство для парового прогрева воды в
барабане при растопке и патрубки для спуска воды, перфорированные трубы
для периодической продувки.
Конвективный пучок котла образован коридорно-расположенными
вертикальными трубами диаметром 51×2,5 мм, развальцованными в верхнем
и нижнем барабанах. Ширина конвективного пучка составляет 1288 мм.
Продольный шаг труб конвективного пучка 90 мм, поперечный – 110 мм.
Трубы наружного ряда конвективного пучка устанавливаются с продольным
шагом 55 мм; на вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда отверстий.
Конвективный пучок отделен от топочной камеры газоплотной перегородкой
(левым топочным экраном), в задней части которой имеется окно для входа
газов в пучок. Перегородка изготовлена из плотно поставленных и сваренных
между собой труб. Вертикальная часть перегородки уплотняется вваренными
между трубами металлическими проставками.
8
Трубы перегородки и правого бокового экрана, образующего также под
и потолок топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний
барабаны. Концы труб заднего экрана привариваются к верхнему и нижнему
коллекторам диаметром 159×4,5 мм. Трубы фронтового экрана котла
развальцованы в верхнем и нижнем барабанах.
Трубы заднего экрана топки привариваются к верхнему и нижнему
коллекторам экрана, которые в свою очередь, привариваются к верхнему и
нижнему барабанам. Концы коллекторов заднего экрана со стороны,
противоположной
барабанам,
рециркуляционной трубой.
коллекторов
от
теплового
Для
соединяются
защиты
излучения
необогреваемой
рециркуляционных труб
в
конце
топочной
и
камеры
устанавливаются две трубы, присоединённые к барабанам вальцовкой.
Средняя высота топочной камеры составляет 2750 мм, ширина – 1500
мм, глубина – 5550 мм.
У котла ДЕ-16-14ГМ-О перегородки в конвективном пучке отсутствуют,
а необходимый уровень скоростей газов поддерживается также изменением
ширины пучка. Дымовые газы проходят по всему сечению конвективного
пучка и выходят через переднюю стенку в газовый короб, который размещён
над топочной камерой. Далее через газовый короб дымовые газы проходят к
экономайзеру, размещённому сзади котла.
В котле применено двухступенчатое испарение. Во вторую ступень
испарения внесена задняя часть экранов топки и конвективного пучка,
расположенного в зоне с более высокой температурой газов. Контуры второй
ступени испарения имеют необогреваемую опускную систему.
Питание второй ступени испарения осуществляется из первой ступени
по
перепускной
трубе
⌀108
мм,
проходящей
через
поперечную
разделительную перегородку верхнего барабана. Контур второй ступени
испарения имеет необогреваемые опускные трубы ⌀159×4,5 мм.
В качестве первичных сепарационных устройств используются
установленные в верхнем барабане отбойные щиты и направляющие
9
козырьки, обеспечивающие подачу пароводяной смеси на уровень воды. В
качестве вторичных сепарационных устройств применяются дырчатый лист и
жалюзийный сепаратор.
При необходимости корректировки водно-химического режима котлов
ввод фосфатов следует предусмотреть в питательную линию между
экономайзером и котлом.
Котел имеет непрерывную продувку из второй ступени испарения
(соленый отсек) верхнего барабана и периодическую продувку из чистого и
соленого отсеков нижнего барабана, и нижнего коллектора заднего экрана (в
случае, когда задний экран имеет коллектора).
Выход дымовых газов осуществляется через окно, расположенное в
левой боковой стенке котла в конце (по ходу газов) конвективного пучка.
Для сжигания топочного мазута и природного газа на котёл ДЕ-1614ГМ-О устанавливается газомазутная горелка ГМ-10.
Основными узлами горелки являются: газовая часть, лопаточный
аппарат для завихрения воздуха, форсуночный узел с основной и резервной
паромеханическими форсунками.
В качестве хвостовых поверхностей нагрева котлов применяются
стальные БВЭС или чугунные ЭБ экономайзеры.
Паровой котёл ДЕ-16-14ГМ-О
оборудован
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.
Для удаления сажевых отложений из конвективного пучка на левой
стенке котла устанавливаются лючки.
У всех котлов имеются три лючка-гляделки - два на правой боковой и
один на задней стенках топочной камеры.
10
Лазом в топку могут служить отверстие взрывного клапана или фурма
горелки.
На котле устанавливаются три взрывных клапана - один на фронтовой
стенке и два на газоходе котла.
Котел
ДЕ-16-14ГМ-О
снабжен
двумя
пружинными
предохранительными клапанами, один из которых является контрольным.
Котлы изготавливаются на заводе в виде одного транспортабельного
блока, смонтированного на опорной раме и включающего в себя: барабаны,
трубную систему, пароперегреватель (для котлов с перегревом пара), каркас,
изоляцию и обшивку.
Плотное экранирование боковых стенок (относительный шаг труб
S=1,08), потолка и пода топочной камеры позволяет применить на котлах
легкую изоляцию толщиной 100 мм, укладываемую на слой шамотобетона
толщиной 15-20 мм, нанесенного по сетке. В качестве изоляции применяются
асбестовермикулитовые плиты или равноценные им по теплофизическим
свойствам.
Обмуровка фронтовой стенки выполняется из огнеупорного шамотного
кирпича класса А или Б, диатомового кирпича, изоляционных плит; обмуровка
задней стенки - из огнеупорного шамотного кирпича и изоляционных плит.
Для уменьшения присосов воздуха изоляция снаружи покрывается
металлической листовой обшивкой толщиной 2 мм, которая приваривается к
каркасу.
Номинальная
паропроизводительность
(соответствующие ГОСТ
и
3619-82) обеспечиваются
параметры
при
пара
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.
Котёл ДЕ-16-14ГМ-О
комплектуется необходимым количеством
арматуры и контрольно-измерительными приборами.
11
Перевод парового котла ДЕ-16-14ГМ-О в водогрейный режим
позволяет, кроме повышения производительности котельных установок и
уменьшения затрат на собственные нужды, связанные с эксплуатацией
питательных насосов, теплообменников сетевой воды и оборудования
непрерывной продувки, а также сокращения расходов на подготовку воды,
существенно снижать расход топлива.
Среднеэксплуатационный КПД котлоагрегата, использованного в
качестве водогрейного, повышается на 2,0-2,5%.
Таблица 1
Технические характеристики котла ДЕ-16-14ГМ-О
№п/п
Наименование показателя
Значение
1
Тип котла
Паровой
2
Вид расчетного топлива
Природный
газ
3
Паропроизводительность, т/ч
16
5
6
7
Рабочее (избыточное) давление теплоносителя на
выходе, МПа (кгс/см2)
Температура пара на выходе, °С
Температура питательной воды, °С
Расчетный КПД, %
насыщ. 195
100
93,1
8
Расход расчетного топлива, м3/ч
1141
4
9
10
Масса котла без топки (транспортабельного блока
котла), кг
Масса котла без топки (в объеме заводской
поставки), кг
1,3 (13,0)
22190
23660
Рис. 1. Продольный разрез котла ДЕ-16-14ГМ-О
12
Рис. 2. Поперечный разрез котла ДЕ-16-14ГМ-О
13
14
Рис. 3. Фронтальный разрез котла ДЕ-16-14ГМ-О
15
Рис. 4. Общий вид котла ДЕ-16-14ГМ-О (вид слева)
Рис. 5. Общий вид котла ДЕ-16-14ГМ-О (вид справа)
Рис. 6. Общий вид котла ДЕ-16-14ГМ-О (вид спереди)
16
Рис. 7. Общий вид котла ДЕ-16-14ГМ-О (вид сверху)
17
Рис. 8. Общий вид котла ДЕ-16-14ГМ-О (вид сзади)
18
Рис. 9. Общий вид котла ДЕ-16-14ГМ-О (вид сзади)
19
20
Рис. 10. Горелка ГМ-10
1. Форсунка; 2. Газовый коллектор; 3. Лопаточный завихритель воздуха; 4. Опора;
5. Фланец; 6. Заглушка; 7. Прокладка; 8. Фиксатор; 9. Гляделка;
10. Место установки фотодатчика; 11. Место установки запальника.
21
2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОТЛА ДЕ-16-14ГМ-О
Исходные данные для расчета:
1. Котел
ДЕ-16-14ГМ-О
с
паропроизводительностью
D=20
т/ч,
вырабатывающий насыщенный пар давлением p=1,4 МПа
2. Питательная вода поступает из деаэратора при ϑпв=100 ˚С
3. Температура насыщенного пара tнп=195 ˚C
4. Котел оборудован индивидуальным водяным экономайзером системы
ВТИ
5. В качестве топливо применяется природный газ Краснодарского
месторождения
6. Непрерывная продувка составляет 3%
2.1 Состав и характеристики топлива и продуктов сгорания
Состав природного газа Краснодарского месторождения [2, табл. 3-3.
стр.31]:
Метан – CH4 = 87,0%
Этан – С2H6 = 5,9%
Пропан − С3H8 = 1,5%
Бутан − C4H10 = 1,0%
Пентан – С5H12 = 0,4%
Азот − N2 = 3,0%
Углекислый газ – СО2 = 1,2%
Низшая
теплота
сгорания
сухого
газообразного
топлива
−
газа при нормальных условиях (н. у.)
–
Qнс  8470 ккал / м3  4,187  8470 /1000  35,46 МДж / м3
Плотность сухого
сг  0,775 кг / м3 .
Влагосодержание сухого газа при ϑ =10 ˚С принимается равным:
dг=10 г/м3.
Для обеспечения полного сгорания топлива в топку необходимо
подавать большее количество окислителя (воздуха) по сравнению с
22
теоретически необходимым. Это количество учитывается коэффициентом
избытка воздуха, который равен отношению действительного объема воздуха
к теоретически необходимому. Значение коэффициента избытка воздуха в
топке принимаем αт=1,12. Для остальных участков газового тракта примем
соответственно [1, стр. 88]:
 в котле  к   т  0,1  1,12  0,1  1,22
 на входе в экономайзер э   к  0,1  1,22  0,1  1,32
 на выходе из экономайзера э  э  0,1  1,32  0,1  1,42
Увеличение количества воздуха, подаваемого в топку, по сравнению с
теоретически необходимым, приводит к возрастанию объема продуктов
сгорания. При этом объем продуктов сгорания увеличивается за счет
двухатомных газов (N2, O2). Теоретический объем трехатомных газов при этом
( V RO2 ) остается неизменным.
Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по
газоходам котла увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в
газоходах меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в
обмуровке происходит присос атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата.
Далее определяем объем воздуха, необходимый для горения, а также
состав и объем дымовых газов при α=1.
Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сжигания 1 м3
газа:
n



Vв0  0,0476  0,5  СО  0,5  H 2  1,5  H 2 S    m    Cm H n  O2  
4



6
8
10 
12 
 4 





 0,0476  1    87,0   2    5,9   3    1,5   4    1,0   5    0,4 
4
4
4
4




 4 

 10,08 м 3 м 3 .
Теоретический объем трехатомных газов в продуктах сгорания при
сжигании газа:
23
VRO 2  0,01  СО2  СО  H 2 S   m  C m H n  
 0,01  1,2  87,0  2  5,9  3  1,5  4  1,0  5  0,4  1,105 м 3 м 3 .
Теоретический объем двухатомных газов:
VR02  0,79  Vв0  0,01  N 2  0,79  10,08  0,01  3  7,993 м3 м3 .
Теоретический объем водяных паров:
n


VH02O  0,01   H 2  H 2 S    C m H n  0,124  d г   0,016  Vo 
2


 4

 6
 8
  10
  12

 0,01     87,0     5,9     1,5     1,0     0,4   0,124  10 
 2
 2
 2
 2

 2

 0,016  10,08  2,225 м 3 м 3 .
Избыточный объем водяных паров на участках газового тракта:
Определим действительные объемы продуктов сгорания и объемные
доли компонентов в отдельных частях котельного агрегата. Расчет представим
в виде таблицы (см. табл. 2).
Таблица 2
Состав и количество продуктов сгорания
Наименование
величин
Теоретический
объем воздуха,
необходимый
для
сгорания,
м3 /м3
Величина
  1
Объем
избыточного
воздуха, м3 /м3
Теоретический
объем
трехатомных
газов, м 3 /м 3
Теоретический
объем
двухатомных
газов, м 3 /м 3
Действительный
объем
сухих
газов, м 3 /м 3
Формула для расчета
Значение
Коэффициент избытка воздуха
αт=1,12
αк=1,22
αэ’ =1,32 αэ’ ’ =1,42
Vв0  0,0476  [0,5  СО  0,5  H 2 
n

 1,5  H 2 S    m    C m H n  O2 ]
4

  1
Vв  (  1)  Vв0
10,08
0,12
0,22
0,32
0,42
1,210 2,218
3,226
4,234
0
VRO
 0,01  CO2 CO  H 2 S   mCm H n 
1,105
VR02  0,79  Vв0  0,01  N 2
7,993
2
0
Vс.г  VRO
 VR02  Vв
2
10,31
11,32
12,32
13,33
24
Таблица 2 (окончание)
Теоретический
объем
водяных
паров, м3 /м 3
Избыточный
объем
водяных
паров, м3 /м 3
Действительный
объем
водяных
3
паров, м /м 3
Общий
объем
дымовых газов,
м3 /м3
Объемная доля
трехатомных
газов
VH02O  0,01  ( H 2  H 2 S 
2,225
n
   Cm H n  0,124  d r )  0,016  Vв0
2
Объемная доля
водяных паров
Общая объемная
доля трехатомных
газов
VH2O  0,0161 (  1)  Vв0
0,019 0,035
0,052 0,068
VH 2O  VH02O  VH 2O
2,244 2,260
2,277 2,293
 V  Vс.г  VH 2O
12,55 13,58
14,6
0,088 0,081
0,076 0,071
0,179 0,166
0,156 0,147
0,267 0,247
0,232 0,218
rRO2 
rН 2О 
VRO2
V
VН 2О
V
rп  rRO2  rH 2O
15,62
Для проведения дальнейшего расчета необходимо построить H  
диаграмму для определения температур и энтальпий дымовых газов. Для ее
построения зададимся следующими интервалами температур дымовых газов:
Таблица 3
Интервалы температур для построения H   диаграммы
Коэффициент избытка
Интервал температур, °С
воздуха
Топка
1,12
800 – 2000
Конвективный пучок
1,22
400 – 1000
Вход в экономайзер
1,32
200 – 500
Выход из экономайзера
1,42
100 – 300
Наименование
Рассчитаем для заданных температур дымовых газов на концах
интервалов соответствующие энтальпии по формуле:
H  V  h  VRO2  hRO2  VR02  hR2  VH02O  hH 2O  V  hв.в ,
кДж
.
м3
25
Значения удельных энтальпий для газов приведены в таблице 4-3 [2].
Переведем данные значения из ккал/м3 в кДж/м3 и представим в таблице с
учетом используемых диапазонов температур (см. табл. 4).
Таблица 4
 , ˚С
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
hR2 , кДж/м3
170
358
559
772
997
1223
1461
1704
1951
2202
2458
2717
2977
3241
3505
3768
4036
4304
4572
4844
hRO2 , кДж/м3
130
260
392
527
664
804
946
1093
1244
1394
1545
1696
1851
2010
2165
2324
2483
2642
2805
2964
hH 2O , кДж/м3
151
304
463
626
795
967
1147
1336
1524
1725
1926
2131
2345
2558
2780
3002
3228
3458
3689
3927
hв.в , кДж/м3
132
266
403
542
684
829
980
1130
1281
1436
1595
1754
1913
2077
2240
2403
2567
2730
2897
3065
Результаты расчета сведем в таблицу:
Таблица 5
Энтальпии продуктов сгорания
Участок газового тракта
Топка
Конвективный пучок
Температура газов, 
Энтальпия продуктов
ºС
сгорания H, кДж/м3
αт=1,12
2000
41494
800
14958
αк=1,22
1000
20602
400
7659
26
Таблица 5 (окончание)
α'э=1,32
Вход в экономайзер
500
200
10384
4009
α''э=1,42
Выход из экономайзера
300
100
6485
2121
Для упрощения дальнейших расчетов по полученным данным строим
H   диаграмму (см. рис. 11):
Рис. 11. H-ϑ диаграмма
Далее определим полный удельный теплоперепад воды и пара в котле:
h  hн  hп .в  
Pпр
100
hк.в  hп .в   2789  420 
3
826  420 
,
100
 2381 кДж кг
где hн – энтальпия насыщенного пара при температуре ts = 195 °C и давлении
пара в барабане P  1,4 МПа , hк .в. – энтальпия котловой воды [], hп.в. – энтальпия
питательной воды при температуре 100 °C [], Pпр  3 % – величина
непрерывной продувки [].
27
2.2. Тепловой баланс котельного агрегата
Для расчета теплового баланса примем температуру уходящих газов
 ух  140 С , а также температуру воздуха в котельной tв=30˚С согласно [1].
Тогда по диаграмме на рисунке 11 определяем полную энтальпию уходящих
газов:
H ух  2994 кДж м3 .
 Полная энтальпия поступающего воздуха определяется как:
H в  э  Vв0  hв  1,42  10,08  39,6  566,8 кДж м3 ,
где hв – энтальпия влажного воздуха при температуре в котельной.
 Потеря теплоты с уходящими газами:
q2 
H ух  H в
Qнр
 100 
2994  566,8
 100  6,84 %.
35460
 Потери теплоты от химического и механического недожога [1, стр. 85]:
q3  1,5 % и q4  0 % .
 Потери тепла в окружающую среду [3, рис.5-1]:
q5  1,3 % .
 Коэффициент сохранения тепла [3, стр.52]:
q5
1,3
1
 0,987 .
100
100
 КПД котельного агрегата ДЕ-16-14ГМ-О:
 1
  100  q2  q3  q4  q5  q6   100  6,84  1,5  0  1,3  0  90,36 %.
Рассчитав КПД агрегата, можем определить расчетный часовой расход
топлива, при условии отсутствия механического недожога.
Bp 
D  h
20000  2381

100

 100  1486 м 3 / ч .
р
35460  90,36
Qн  
где D – паропроизводительность котла в кг/ч
28
2.3 Тепловой расчет топочной камеры
2.3.1 Определение площади ограждающих поверхностей
Ширина топочной камеры по чертежам – b = 1790 мм
Глубина топочной камеры по чертежам a = 5550 мм
Высота топочной камеры по чертежам n = 2400 мм
Площадь боковых стен:
Fбок.ст  2,4  55,5  2  26,64 м 2
Площадь передней стены:
Fфр.ст  1,79  2,4  4,296 м 2
Площадь задней стены:
Fзад.ст  1,79  2,4  4,296 м 2
Площадь потолка:
Fпот  1,79  55,5  9,935 м 2
Площадь пода:
Fпод  1,79  55,5  9,935 м 2
Общая площадь ограждающих поверхностей топочной камеры:
H ст  Fбок.ст  Fфр.ст  Fзад.ст  Fпот  Fпод 
 26,64  4,296  4,296  9,935  9,935  55,1 м 2
Объем топочной камеры:
Vт  a  n  b  5,55  2,4  1,79  23,84 м3
2.3.2. Расчет теплообмена в топке
Полезное тепловыделение в топке [1, стр. 218]:
Qт  H тг  Qнр 
100  q3
100  1,5
 H в  35460 
 447,1  35375 кДж / м3 ,
100
100
где теплота, вносимая в топку с воздухом, определена для αт=1,12.
На H   диаграмме для значения αт=1,12 и полученного полезного
тепловыделения
находим
температуру
горения:
ϑтг=1723˚С.
Расчет
температуры на выходе из топки представим в виде таблицы (см. табл. 6).
29
Таблица 6
Тепловой расчет топки
Наименование величин
Эффективная толщина
излучающего слоя S, м
Лучевоспринимающая
поверхность нагрева Hл, м2
Степень экранирования топки

Способ
определения
Расчетные
данные
Результат
3,6  Vт H ст
3,6∙23,84/55,1
1,56
[6, стр. 4]
─
48
H л Hст
48/55,1
0,874
0,57/2,38
0,24
0,267∙1,56
0,417
─
1200
─
0,75
0,75∙0,267
0,2
0,2∙1,56
0,312
1−2,72−0,312
0,268
aнс  1  m
0,268∙(1−0)
0,268
[2, стр. 123]
─
0,8

0,8∙0,874
0,7
B р Qт H ст
1486∙35375/55,1
954034
0,52 – 0,3 · X
0,52 – 0,3 · 0,24
0,448
Положение максимума
h1 / h2
температур X
Суммарная поглощательная
способность трехатомных
rп  S
газов z
Теоретическая температура
Предварительно
газов на выходе из топки т ,
принимаем
°С
Коэффициент ослабления
лучей трехатомными газами
Рис. 12
kг
Коэффициент ослабления
kг ∙rn
лучей топочной средой k
Сила, поглощенная
запыленным потоком газов
k∙Sт
kpS
Степень черноты
k S
несветящейся части пламени
1 e р
aнс
Степень черноты факела аф
Условный коэффициент
загрязнения
лучевоспринимающей
поверхности нагрева ζ
Коэффициент тепловой
эффективности экрана χ
Тепловыделение в топке на 1
м2 ограждающих
поверхностей Q1м2 , кДж/м2·ч
Расчетный коэффициент M
30
Таблица 6 (окончание)
Действительная
температура газов на
выходе из топки ϑ"т, °С
Теплосодержание газов на
выходе из топки H"т,
кДж/м3
Тепло, переданное
излучением в топке Qл
Тепловое напряжение
топочного объема, кВт/м3
Рис.13
─
1200
H 
диаграмма
─
23800
  Qт  HТ 
0,987∙(35375-23800)
11422
Bp  Qнр Vm
1486∙35460/23,84
2210300
При расчете были приняты следующие значения параметров и
коэффициентов:
h1 = 0,57 м – расстояние от нижней плоскости топки до плоскости
максимальных температур топочных газов (высота горелки);
h2 = 2,38 м – расстояние от нижней плоскости топки до центра входного
отверстия дымовых газов в газоход;
Коэффициент m = 0 (зависит от рода топлива и способа его сжигания,
для газообразных топлив равен 0) [1, табл. IV.2].
В результате расчетов получено, что температура газов на выходе из
топки составляет 1200 °С и равна предварительно принятой, а тепловое
напряжение топочного пространства не превышает допустимых норм,
следовательно, расчет теплообмена в топке произведен верно.
Рис. 12. Номограмма для определения значения коэффициента ослабления лучей трехатомными газами
31
32
Рис. 13. Номограмма для определения температур дымовых газов на выходе из топки
33
2.4 Расчет конвективных поверхностей нагрева
При расчете конвективных поверхностей нагрева используется
уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. По чертежу
определяются конструктивные характеристики рассчитываемого пучка. Для
данной конструкции котла ширина газохода a = 1,288 м, а высота b = 1,8 м
Основные геометрические характеристики приведем в таблице 7:
Таблица 7
Основные конструктивные характеристики конвективного пучка
Условные
обозначения
Расчётные формулы
Результат
Поверхность нагрева, м2
Число рядов труб:
поперёк котла
вдоль оси котла
число экранных труб
H1
H1=((z1−1)∙z2+zэ)∙π∙dн∙b
168,1
По чертежам
8
57
184
Диаметр труб, мм
dн
По чертежам
51×2,5
По чертежам
90
110
Наименование величин
Расчётные шаги труб, мм
продольный шаг
поперечный шаг
Площадь сечения
газохода, м2
Эффективная толщина
излучающего слоя, м
z1
z2
zэ
S2
S1
F  a  b  z1  b  d н 
F
 1,4  1,89  10  1,89  0,051
S
S  S2


S  1,87  1
 4,1  d н
d


1,584
0,165
Для нахождения температуры на выходе из конвективного пучка
необходимо задаться произвольными температурами и построить зависимости
теплового потока от температуры на выходе по уравнению теплового баланса
и по уравнению теплопередачи. Действительная температура на выходе
определиться из пересечения этих графиков.
Примем температуры дымовых газов на выходе из конвективного пучка
Г  300С и Г  500 С и проведем для этих значений температур расчеты
34
при αк=1,22. Приращением значения энтальпии дымовых газов за счет присоса
воздуха через неплотности пренебрегаем, т.е. H B  0 .
Температура и теплосодержание дымовых газов на входе были
определены ранее г  1200 С и H' г = H"т = 23800 кДж/м3
При
расчете
были
приняты
следующие
коэффициенты
и
теплофизические свойства для средней температуры потока по газоходу:
cz = 1 – поправка на число поперечных рядов труб [1, рис. IV.5]
λ = 0,0871 (при Г  300 С ), λ = 0,0958 (при Г  500 С ) –
коэффициент теплопроводности дымовых газов, Вт/м·град [8, стр. 107];
ν = 0,000122 (при Г  300 С ), ν = 0,0001422 (при Г  500 С ) –
коэффициент кинематической вязкости, м2/с [8, стр. 107];
 = 0,95 – коэффициент омывания газохода дымовыми газами [1, стр.
108].
Данный расчет представим в виде таблицы:
Таблица 8
Тепловой расчет конвективного пучка
Наименование величин
Способ
определения
Расчетные данные
Энтальпия газов на
выходе H"г, кДж/м3
H 
диаграмма
─
6134
9816
φ∙Bр∙(H'г −H''г +
+∆Hв)
0,987∙1486∙(23800−
−6134)/3600
0,987∙1486∙(23800−
−6134)/3600
7199
5698
1200  195
300  195
1200  195
1200  500 ln
500  195
398,4
587
(1200+300)/2
(1200+500)/2
750
850
1486  13,58  (750  273)
3600  1,584  273
1486  13,58  (850  273)
3600  1,584  273
13,26
14,56
Тепловосприятие по
уравнению теплового
баланса Qбал, кВт
Средний
логарифмический
температурный напор
tср , °С
Средняя температура
дымовых газов ср , °С
Средняя скорость
дымовых газов ср , м/с
Г  Г 
ln
Г  ts
Г  ts
Г  Г  2
В р  V (ср  273)
3600  F  273
1200  300
Результат
300 °С 500 °С
ln
35
Таблица 8 (окончание)
Коэффициент
теплоотдачи конвекцией
 к , Вт/м2·К
Суммарная
поглощательная
способность
трехатомных газов z
Коэффициент
ослабления лучей
трехатомными газами kг
Суммарная сила
поглощения газовым
потоком
Степень черноты
газового потока 
Коэффициент
загрязнения поверхности
нагрева ζ
Температура наружной
поверхности
загрязненной стенки tст,
°С
Коэффициент
теплоотдачи излучением
αл, Вт/м2·К
Коэффициент
теплопередачи kреж,
Вт/м2·К
Тепловосприятие по
уравнению
теплопередачи Qреж, кВт
0,177  cZ 
  ср  d 


d   
0, 64
0,177 
0,0871  13,26  0,051 


0,051  0,000122 
0, 64
0,0958  14,56  0,051 
0,177 


0,051  0,000142 
0, 64
75,24
79,65
rП  S
0,247∙0,165
Рис.14
─
4,0
3,65
z. kг
0,0408∙4,0
0,0408∙3,65
0,1632
0,149
1  e  kг z
1−e−0,1632
1−e−0,149
0,151
0,138
[1, табл. IV.3]
─
Q
ts    б
Н1
195  0,005  7199 103 168,1
αн · C г · ε
0,0408
0,005
409
364
134,9∙0,96∙0,151
151,2∙0,97∙0,138
19,56
20,24
  к   л
1       к   л 
0,95  75,24  19,56
1  0,005  0,95  75,24  19,56
0,95  79,65  20,24
1  0,005  0,95  79,65  20,24
62,56
64,82
kреж∙H1∙∆tср
62,56  168,1  398,4
64,82  168,1  587
4190
6058
195  0,005  5698 103 168,1
По значениям Qбал и Qреж строим вспомогательный график и определяем
действительную температуру газов на выходе из конвективного пучка
(см. рис. 16).
Рис. 14. Номограмма для определения значения коэффициента ослабления лучей трехатомными газами
36
37
Рис. 15. Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи излучением
38
7500
7000
Qбал
Q, кВт
6500
6000
5500
Qреж
5000
4500
4000
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
ϑ, ˚С
Рис. 16.
Q   диаграмма для дымовых газов
Из графиков, представленных на рисунке видно, что действительная
температура газов на выходе из конвективного пучка (на входе в экономайзер
без учета присоса воздуха) составляет г  462 C .
Пересчитаем конвективный пучок на полученную температуру.
В связи с изменением средней температуры дымовых газов, изменятся
их теплофизические свойства:
λ = 0,09405 – коэффициент теплопроводности дымовых газов, Вт/м·град
[8, стр. 107];
ν = 0,000138 – коэффициент кинематической вязкости, м2/с [8, стр. 107];
Данный расчет представим в виде таблицы:
39
Таблица 9
Уточняющий расчет конвективного пучка
Наименование величин
Энтальпия газов на
выходе H"г, кДж/м3
Тепловосприятие по
уравнению теплового
баланса Qбал, кВт
Средний
логарифмический
температурный напор
tср , °С
Средняя температура
дымовых газов ср , °С
Средняя скорость
дымовых газов ср , м/с
Коэффициент
теплоотдачи конвекцией
 к , Вт/м2·К
Суммарная
поглощательная
способность
трехатомных газов z
Коэффициент
ослабления лучей
трехатомными газами kг
Суммарная сила
поглощения газовым
потоком
Степень черноты
газового потока 
Коэффициент
загрязнения поверхности
нагрева ζ
Температура наружной
поверхности
загрязненной стенки tст,
°С
Способ
определения
Расчетные данные
Результат
H 
диаграмма
─
8996
φ∙Bр∙(H'г −H''г +
+∆Hв)
0,987∙1486∙(23800−8996)
6033
1200  195
462  195
556,8
Г  Г 
ln
Г  ts
Г  ts
Г  Г  2
В р  V (ср  273)
3600  F  273
  d 
0,177  cZ    ср 
d   
0, 64
1200  462
ln
(1200+462)/2
831
1486 13,58  (830  273)
3600 1,584  273
14,3
0,094  14,3  0,051 
0,177 


0,051  0,000138 
0, 64
78,8
rП  S
0,247∙0,165
0,0408
Рис.17
─
3,75
z∙kг
0,0408∙3,75
0,153
1  e  kг z
1−e−0,153
0,142
[1, табл. IV.3]
─
0,005
ts   
Qб
Н1
95  0,005  7199 103 168,1
374
40
Таблица 9 (окончание)
147,7∙0,97∙0,142
20,34
  к   л
1       к   л 
0,95  78,8  20,34
1  0,005  0,95  78,8  20,34
64,5
kреж∙H1∙∆tср
64,5 168,1 556,8
6037
ослабления лучей трехатомными газами
αн·Cг·ε (рис. 18)
Рис. 17. Номограмма для определения значения коэффициента
Коэффициент
теплоотдачи излучением
αл, Вт/м2·К
Коэффициент
теплопередачи kреж,
Вт/м2·К
Тепловосприятие по
уравнению
теплопередачи Qреж, кВт
41
Рис. 18. Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи излучением
42
2.5 Расчет водяного экономайзера
Водяной экономайзер устанавливают для снижения температуры
уходящих газов, а, следовательно, для увеличения величины коэффициента
полезного действия котельной установки, т.к. уменьшается расход топлива на
получение тонны
пара. Экономайзеры
предварительно
подогревают
питательную воду, поступающую в паровой котел, уходящими дымовыми
газами.
Экономайзеры бывают индивидуальные и групповые. Как правило,
следует устанавливать индивидуальные экономайзеры, так как они работают
более равномерно и с меньшим избытком воздуха. Групповые экономайзеры
можно устанавливать в котельных установках с постоянной или мало
меняющейся тепловой нагрузкой, с котлами, конструктивные особенности
которых, создают затруднение для установки индивидуальных экономайзеров,
и, наконец, котлами паропроизводительностью менее 2,5 т/ч.
В зависимости от температуры, до которой вода подогревается в
экономайзере, их делят на не кипящие и кипящие.
Не кипящими называют экономайзеры, в которых по условиям
надежности их работы подогрев воды производится до температуры на
20 – 40 °С меньшей, чем температура насыщения в барабане парогенератора.
В кипящих экономайзерах происходит, не только подогрев воды, но и
частичное её испарение. Массовое содержание пара в смеси на выходе из
кипящего экономайзера доходит до 15%, а иногда и более. Кипящий
экономайзер
является
неотъемлемой
частью
поверхности
нагрева
парогенератора. Гидравлическое сопротивление водяного экономайзера по
водяному тракту для парогенераторов среднего давления не должно
превышать 8% от рабочего давления в барабане.
В зависимости от металла, из которого изготовляются экономайзеры, их
разделяют на чугунные и стальные. Чугунные экономайзеры составляют из
отдельных типовых элементов ребристых труб и устанавливают к котлам,
работающим с давлением до 24 ата. Стальные экономайзеры сваривают из
43
стальных труб диаметром от 28 до 38 мм в виде змеевиков, комплектуют в
отдельные пакеты и устанавливают к котлам с давлением 13 ата и более.
Стальные экономайзеры разработаны с целью установки их вместо
чугунных экономайзеров и используются в качестве неотключаемых
поверхностей нагрева котлов.
К установке принят водяной экономайзер ЭП1-330 [5, стр.248].
Характеристики водяного экономайзера приведены в таблице.
Таблица 10
Характеристики водяного чугунного экономайзера
Наименование
Температура газов перед
экономайзером, оС
Температура уходящих газов, оС
Температура воды на входе, оС
Число труб в горизонтальном ряду
Число труб в вертикальном ряду
Живое сечение (для одной трубки), м2
Целью
теплового
расчета
ЭП1-330
462
130
100
7
16
0,184 [1, табл. IV.6]
экономайзера
является
нахождение
температуры воды на выходе из него и уточнение площади поверхности
теплообмена. Данный тепловой расчет представим в виде таблицы
(см. табл. 11):
Таблица 11
Тепловой расчет чугунного экономайзера
Наименование величин
Температура дымовых
газов перед
экономайзером э , °С
Энтальпия дымовых
газов перед
экономайзером H э ,
кДж/м3
Способ
определения
Расчетные данные
Результат
к к  tв (э   к )
э
462  1,22  30  1,32  1,22
1,32
429
H 
диаграмма
─
6750
44
Таблица 11 (окончание)
Температура уходящих
газов  ух   э , °С
Энтальпия уходящих
газов H э , кДж/м3
Энтальпия присосанного
воздуха H в , кДж/м3
Тепловосприятие в
водяном экономайзере
Qэ , кВт
Температура воды на
выходе из экономайзера
tэ , °С
Недогрев до
температуры
насыщения, °С
Средний
логарифмический
температурный напор
t л , °С
Средняя температура
д. г
дымовых газов t ср
, °С
Средняя скорость
дымовых газов  ср , м/с
Коэффициент
теплопередачи kэ,
Вт/м2·град
Расчетная поверхность
теплообмена F, м2
Принята
─
150
H 
диаграмма
─
2776
э   к   Vвз э  hвз
0,1∙3,226∙39,6
12,8
φ∙Bр∙(H'э−H''э+
+∆Hв)
0,987  1486  6750  2776  12,8
1624
Qэ
 t э`
C p  Dп  Dпр 
1624  3600
 100
4,2  (20000  600)
168
t н  t э  20
194−168
26

130  100  429  168
130  100
ln
429  168
107
(429+130)/2
280
273  3600  F
1486  14,6  280  273
273  3600  9  0,184
9,5
kн  cv (рис. 19)
20∙4187∙1,005/3600
23,26
Qэ k э  t л 
1624∙103/(23,26∙107)
652,5

ух
 t э `  э  t э 
 ух  t э 
ln
э  t э 
э   ух  2
B p  V  ср  273
По результатам расчета требуемая теплообменная поверхность
экономайзера в два раза превышает поверхность принятого к установке
экономайзера ЭП1-330. Следовательно, следует принять к установке
экономайзер такого же типа с ближайшей к рассчитанной поверхностью.
Примем к установке одноколонковый блочный экономайзер системы ВТИ
ЭП1-646 с площадью теплообменной поверхности 646 м 2.
45
Рис. 19. График для определения коэффициента теплопередачи чугунных экономайзеров
Рис. 20. Чертеж экономайзера ЭП1-646
46
3. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОТЛА
ДЕ-16-14ГМ-О
Аэродинамический расчет выполняется для котельного агрегата
ДЕ-16-14ГМ-О, и результаты расчета сводятся в таблицу. Исходные данные
для расчета принимаются из теплового расчета котельного агрегата.
Присос воздуха на участке газохода между котельным агрегатом и
дымососом принят по рекомендации [2, стр.248]:
д  0,05
Температура дымовых газов перед дымососом:
д 
 ух   ух   д t
 ух   д

1,42  130  0,05  30
 127С
1,42  0,05
Плотность дымовых газов, приведённая к нормальным условиям (расчёт
для значения α''э=1,42):
ог


o
oN2  VNo2  oRO2  VRO
 oH 2O  VHo2O  (  1)  oB  VBo
2
Vг

1,257  7,993  1,977  1,105  0,804  2,225  0,42  1,29  10,1
 1,17 кг / м 3
15,62
Все необходимые для расчета дополнительный исходные данные
получим в следующей таблице:
Таблица 12
Дополнительные исходные данные
Рассчитываемая
величина
Формула
За котлом
В экономайзере
За
установкой
У
дымовой
трубы
Действительная
плотность дымовых
газов г , кг / м3
 г  0г
273
273  
0,43
0,58
0,79
0,8
Действительный
часовой объем
дымовых газов
м3 / ч
В p  Vг 
273  
273
50210
40877
32027
34009
47
3.1 Расчет сопротивления конвективного пучка
Исходные данные для аэродинамического расчета конвективного пучка
представлены в таблице:
Таблица 13
Исходные данные
Наименование
Относительный продольный шаг труб
Относительный поперечный шаг труб
Средняя скорость газа, м/с
Средняя температура газов, °С
Число труб вдоль оси газохода
Расчет аэродинамического
Расчетная формула
S1/d
S2/d
по тепловому расчету
по тепловому расчету
z1
Результат
1,76
2,16
14,3
831
57
сопротивления конвективного
пучка
представим в виде таблицы:
Таблица 14
Расчет сопротивления газохода
Наименование величин
Поправка на расстояние
между трубами сs
Поправка на расстояние
между трубами ξгр
Сопротивление одного
ряда ξо
Сопротивление всего
пучка ξк
Средняя плотность газа в
пучке ρср кг/м3
Сопротивления двух
поворотов под 90 о ξобщ
Потери давления в
конвективном пучке ∆pг ,
Па
Способ
определения
Расчетные данные
Результат
Рис. 22
─
0,38
Рис. 21
─
0,46
сs . ξгр
0,38∙0,46
0,175
z1 . ξо
57∙0,175
9,975
ρг . 273/(273+ϑcр)
1,17∙273/(273+831)
0,29
ξк + 2
9,975+2
11,975
общ
2
ср
 ср
2
11,975 
14,32  0,29
2
355,1
48
Рис. 21. Номограмма к определению коэффициента ξгр
49
Рис. 22. Номограмма к определению коэффициента сs
3.2 Расчет сопротивления водяного экономайзера
Расчет
сопротивления
производится
аналогично
расчету
в
конвективном пучке. Представим расчет в виде таблицы:
Таблица 15
Исходные данные
Наименование
Относительный продольный шаг труб
Относительный поперечный шаг труб
Средняя скорость газа, м/с
Средняя температура газов, °С
Число труб вдоль оси газохода
Расчетная формула
S1/d
S2/d
по тепловому расчету
по тепловому расчету
z1
Результат
1,2
1,83
9,5
280
16
50
Таблица 16
Расчет сопротивления экономайзера
Наименование величин
Поправка на расстояние
между трубами сs
Поправка на расстояние
между трубами ξгр
Сопротивление одного
ряда ξо
Сопротивление всего
пучка ξк
Потери давления в
экономайзере ∆pг , Па
Способ
определения
Расчетные данные
Результат
Рис. 22
─
0,43
Рис. 21
─
0,38
сs . ξгр
0,43∙0,38
0,172
z1 . ξо
16∙0,172
2,752
9,52  0,58
2,752 
2
72
к
2
ср
 ср
2
Общее сопротивление котла:
pк  pэ  pг  72  355,1  427,1 Па
3.3 Расчет сопротивления газового тракта
Расчетная схема газового тракта представлена на рисунке ниже.
Рис. 23. Схема газового тракта к аэродинамическому расчету
1 – Котел; 2 - Колено 90˚; 3 - Трубчатый пучок экономайзера; 4 - Колено 90˚;
5 - Внезапное уменьшение сечения при входе в боров; 6 - Колено 90˚; 7 - Поворот в коробе;
8 - Конфузор при входе в дымосос; 9 - Диффузор за дымососом (15˚); 10 - Колено 60˚;
11 - Вход в дымовую трубу
51
Для расчета газового тракта используются следующие зависимости:
Скорость дымовых газов:
д.г
Vддейств
,
 .г
3600  F
где F – площадь поперечного сечения участка
Динамическое давление:
  д2.г
pдин 
,
2
где ρ – плотность дымовых газов на рассчитываемом участке газового
тракта.
Коэффициенты местного сопротивления ζi [2, стр. 239].
Сопротивление участка:
p уч   i  pдин .
Результаты аэродинамического расчета газохода сведем в таблицу:
Таблица 17
Аэродинамический расчет газового тракта
№ уч.
по
схеме
Наименование участка
Действит.
объем
дымовых
газов,
м 3 /ч.
Площадь
поперечного
сечения
участка,
м 2.
Скорость
движения
дымовых
газов,
м/с.
Динамиче
ское
давление,
Па
Коэф-т
местного
сопротивления
Сопротивление
участка,
Па
Паровой котел
Газоход между котлом и водяным экономайзером
к  462о С;
 г  0,43 кг / м 3
1
2
r
 0,1
b
r
Колено 90о ,  0,1
b
Колено 90о ,
50210
1,47
9,49
19,36
1,1
21,3
50210
1,55
9
17,42
1,1
19,16
52
Таблица 17 (окончание)
Газоходы между водяным экономайзером и дымососом
 ух  130оС;
 г  0,79 кг / м 3
4
5
6
7
8
r
0
b
Внезапное
уменьшение сечения
при входе в боров
Колено 90о ,
32027
1,4
6,35
15,93
1,4
22,3
32027
1,08
8,24
26,82
0,1
2,68
r
0
b
32027
0,9
9,88
38,56
1,4
53,98
Поворот в коробе
32027
0,9
9,88
38,56
1,4
53,98
0,1
7,88
Колено 90о ,
Конфузор при входе в
32027
0,63
14,12
78,75
дымосос
Газоходы между дымососом и дымовой трубой
д  127 о С;
 г  0,8 кг / м 3
9
Диффузор за
дымососом
34009
0,32
29,52
348,57
0,1
34,86
10
Колено 60о
34009
0,77
11,55
53,36
0,6
32,02
11
Вход в трубу
34009
0,77
11,55
53,36
0,9
48,02
Суммарное аэродинамическое сопротивление по газовому тракту:
∆pтр1=∆p1+∆p2+∆p4+∆p5+∆p6+∆p7+∆p8+∆p9+∆p10+∆p11
∆pтр1=21,3+19,16+22,3+2,68+53,98+53,98+7,88+34,86+32,02+48,02=296,18
Разряжение в верхней части топки принимаем [2, стр 255.] ∆pраз=30 Па.
∆pтр=∆pтр1+∆pэ+∆pраз=296,18+72+30=398,18 Па
Перепад давлений в котельной установке составляет:
∆p = ∆pк+∆pтр+∆pраз = 427,1+296,18+30=753,28 Па
3.4 Расчет дымовой трубы
Для расчета дымовой трубы примем число котлов, установленных в
котельной равным
n=3.
Высота дымовой трубы
определяется
по
СНиП II-Г.9-65 и в нашем случае составляет H=30 м. Представим данный
расчет в виде таблицы (см. табл. 18).
53
Таблица 18
Расчет дымовой трубы
Наименование величин
Способ
определения
Часовое количество
Vддейств
n
.г
3/ч
дымовых газов Vдчас
,
м
.т
Скорость истечения
Рис.24
дымовых газов ωд.т, м/с
Диаметр устья дымовой
0,0188  Vдчас
.т д.т
трубы d0 , м
Стандартный диаметр
устья дымовой трубы d0 ,
[4, стр. 94]
м
Действительная скорость
2
дымовых газов д.дейст
0,01882  Vдчас
т ,
.т d 0
м/с
Уклон внутренних
[2, стр. 253]
стенок i
Диаметр основания
d0  i  H
трубы в свету d осн
Плотность воздуха вз
[8, стр. 103]
при 20˚С, кг/м3
Самотяга дымовой
g  H  вз  д.г 
трубы pдсам
.т , Па
Сопротивление трения
2

0,004  г дейст
тр
д
.
т
дымовой трубы pд.т ,

i
2
Па
Динамическое давление,
дейст 2


г
д.т
требуемое для создания
1,1 
2
скорости газов pдин , Па
Суммарные потери
тр
p


p
дин
д
.т
давления в трубе p , Па
Полезная тяга дымовой
pдсам
.т  p
трубы pдпол
,
Па
.т


Расчетные данные
Результат
34009∙3
102027
─
13
0,0188  102027 13
1,67
─
1,8
0,01882  102027 1,82
11,1
─
0,02
1,8  0,02  30
2,4
─
1,205
9,81  30  1,205  0,8
119,2
0,004 0,8  11,12

0,02
2
9,86
1,1 
0,8  11,12
2
54,2
54,2+9,86
64,06
119,2−64,06
55,14
54
Рис. 24. График для определения скорости дымовых газов на выходе из кирпичных и
железобетонных труб установок средней и малой мощности
3.5 Расчет сопротивления воздушного тракта
Действительный расход воздуха, проходящий через тракт котельной
установки определяется по формуле:
0
Vхчас
.в.  ВР  Vв  Т 
t В  273 760
30  273 760

 1486  10,08  1,12 

 18768 м3 / ч
273
В
273
754
где B − барометрическое давление (754 мм рт. ст.).
Действительная плотность воздуха принимается равной ρв=1,165 кг/м3.
Расчет воздушного тракта проводится по аналогичной методике,
которая использовалась для расчета газового тракта. Внесем расчетные
величины в таблицу (см. табл. 20):
Расчетная схема воздушного тракта представлена на рисунке ниже.
55
Рис. 25. Расчетная схема воздушного тракта котельной установки
1 - Заборное окно; 2 - Колено 90˚; 3 - Отвод 90˚; 4 - Диффузор за вентилятором;
5 - Колено 60˚; 6 - Колено 90˚; 7 - Тройник 90˚; 8 – Горелка
Таблица 20
Аэродинамический расчет воздушного тракта
№ уч.
по
схеме
Наименование участка
1
Заборное окно
2
3
4
Действит.
объем
воздуха,
м 3 /ч.
90о ,
Колено
R/B=0,5
Отвод 90о
R/B=1
Диффузор за
вентилятором 15о
Площадь
поперечного
сечения
участка,
м 2.
Скорость
движения
воздуха,
м/с.
Динамиче
ское
давление,
Па
Коэф-т
местного
сопротивления
Сопротивление
участка,
Па
0,75
6,95
28,1
0,2
5,62
0,59
8,84
45,5
0,6
27,3
0,59
8,84
45,5
0,3
13,65
0,32
16,29
154,6
0,1
15,46
18768
5
Колено 60о
0,48
10,86
68,7
0,6
41,22
6
Колено 90о
R/B=0
0,48
10,86
68,7
1,4
96,18
7
Тройник 90о
0,34
7,67
34,3
2
68,6
8
Горелка
─
─
─
─
98,1
9384
Суммарное аэродинамическое сопротивление по воздушному тракту:
∆pтр=∆p1+∆p2+∆p4+∆p5+∆p6+∆p7+∆p8
∆pтр=5,62+27,3+13,65+15,46+41,22+96,18+68,6+98,1=268 Па
56
4. ПОДБОР ТЯГОДУТЬЕВЫХ УСТРОЙСТВ
4.1 Выбор дымососа
Дымососы типа ДН предназначены для отсасывания дымовых газов из
топок стационарных котлов.
Дымососы
устанавливают
для
пылеугольных,
газомазутных,
водогрейных котлов различной производительности, котлов типа ПТВМ и
котлов-утилизаторов. Дымососы применяются в технологических установках
для перемещения неагрессивных газов, по абразивности и склонности к
отложению не отличающимися от золы дымовых газов.
Максимально допустимая температура перемещаемых дымовых газов
не должна превышать 250˚С.
Обозначение дымососов включает букву Ц, указывающую на основной
признак типа – центробежный, пятикратное значение коэффициента полного
давления и коэффициент быстроходности на режиме при максимальном КПД,
округленное до целых. Обозначение дымососа включает и его номер,
представляющий
значение
выходного
диаметра
рабочего
колеса,
выраженного в дециметрах.
Основными узлами дымососа являются рабочее колесо, ходовая часть,
улитка, всасывающая воронка, осевой направляющий аппарат и рама ходовой
части.
Расчет дымососа приведен в таблице ниже.
57
Таблица 19
Расчет дымососа
Наименование величин
Коэффициент запаса по
производительности β1
Коэффициент запаса по
давлению β2
Расчетная
производительность
дымососа Q Д , м3/ч
Расчетное полное
давление дымососа PД,
Па
Пересчет величины
полного давления
дымососа на заводские
характеристики PДр , Па
КПД дымососа ηд,%
Коэффициент запаса по
мощности β3
Мощность
электродвигателя N э ,
кВт
Способ
определения
Расчетные данные
Результат
[4, стр. 49]
─
1,1
[4, стр. 49]
─
1,2
1  Vдчас
.т.
1,1∙34009
37410
g∙  2  pг.т
9,81∙1,2∙(398,18−55,14)
4038
273   Д  0г
PД 

273  200  г
4038 
273  127 0,132

273  200 0,161
[5, стр. 411]
─
83
[4, стр. 53]
─
1,05
 3  Q Д  PДр
1,05  37410  2311
3600  83  1000
53,1
3600   д
Исходными данными, необходимыми для выбора дымососа, являются
расчетные значения производительности и соответствующего полного
давления. Кроме того, учитываются плотность перемещаемой среды и
барометрическое давление в месте установки дымососа.
По полученным значениям мощности и производительности выберем
модель дымососа (см. рис. 26):
Тип
ДН-12,5-1500
Частота вращения, об/мин
1500
Номинальная производительность, м3/ч
39900
Потребляемая мощность, кВт
47,2
58
Полное номинальное давление при t=200˚С, даПа
351
Максимальный КПД
83
Назначение: отсос дымовых газов от топок котлов
Изготовитель: Бийский котельный завод
Рис. 26. Центробежный дымосос ДН-12,5
4.2 Выбор дутьевого вентилятора
Вентиляторы типа ВДН предназначены для подачи воздуха в топки
паровых стационарных котлов. Вентиляторы данного типа являются
вентиляторами вторичного воздуха.
Вентиляторы
устанавливают
для
пылеугольных,
газомазутных,
водогрейных котлов различной производительности, котлов типа ПТВМ и
котлов-утилизаторов. Использование вентиляторов типа ВДН в системах
аспирации, вентиляции, сушки, обдувки, охлаждения не допускается.
Обозначение вентиляторов включает букву Ц, указывающую на
основной признак типа – центробежный, пятикратное значение коэффициента
59
полного давления и коэффициент быстроходности на режиме при
максимальном КПД, округленное до целых. Обозначение вентиляторов
включает и его номер, представляющий значение выходного диаметра
рабочего колеса, выраженного в дециметрах.
Основными узлами вентилятора являются рабочее колесо, ходовая
часть, улитка, всасывающая воронка, осевой направляющий аппарат и рама
ходовой части.
Расчет вентилятора приведен в таблице ниже.
Таблица 21
Расчет вентилятора
Наименование величин
Коэффициент запаса по
производительности β1
Коэффициент запаса по
давлению β2
Расчетная
производительность
вентилятора QВ , м3/ч
Расчетное полное
давление вентилятора PД,
Па
КПД вентилятора ηв,%
Коэффициент запаса по
мощности β3
Мощность
электродвигателя N э , кВт
Способ
определения
Расчетные данные
Результат
[4, стр. 49]
─
1,1
[4, стр. 49]
─
1,2
1  Vвчас
.т.
1,1∙18768
20645
β2  g  pвз  p раз  0 ,95 H Т 
9,81∙1,2∙(268−30−
−0,95∙3)
2769
[2, стр. 411]
─
83
[4, стр. 53]
─
1,05
 3  QВ  PВ
3670  в
1,05  20645  2769
3600  83 1000
20,1
Исходными данными, необходимыми для выбора вентилятора,
являются расчетные значения производительности и соответствующего
полного давления. Кроме того, учитываются плотность перемещаемой среды
и барометрическое давление в месте установки вентилятора.
По полученным значениям мощности и производительности выберем
модель дымососа (см. рис. 27):
60
Тип
ВДН-10-1500
Частота вращения, об/мин
1500
Номинальная производительность, м3/ч
20430
Потребляемая мощность, кВт
24
Полное номинальное давление при t=200˚С, даПа
352
Максимальный КПД
83
Назначение: подача чистого воздуха в топку котельной установки
Изготовитель: Бийский котельный завод
Рис. 27. Центробежный дутьевой вентилятор ВДН-10
1− улитка, 2 – съемная диафрагма, 3− постамент, 4− осевой направляющий аппарат,
5- всасывающая воронка, 6 – рабочее колесо, 7 – электродвигатель (ходовая часть)
61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассчитан теоретический объем воздуха, необходимый для полного
сжигания 1 м3 газа. Он составляет 10,08 м3/м3.
Определен общий объем дымовых газов по отдельным участкам котла.
В топке объем дымовых газов составляет 12,55 м3/м3, в газоходах котла – 13,58
м3/м3, в экономайзере – 14,6 м3/м3, на входе в газовый тракт – 15,62 м3/м3.
Определена общая объемная доля трехатомных газов в продуктах
сгорания топлива. Она составляет в среднем по ходу газа 24% от общего
объема.
В ходе оценки эффективности работы котла было получено, что КПД
котла составляет около 90,5%. При это большая часть потерь приходится на
потери теплоты с уходящими газами, величина которых составляет примерно
6,8%.
Расчетный расход топлива при производительности 20 т/ч составляет
1486 м3/ч.
В ходе расчета топочной камеры было получено, что теплота переданная
излучением составляет 11422 кДж, тепловое напряжение топочного объема –
614 кВт/м3. Температура газов на выходе из топки составила 1200 °С
В ходе расчета конвективных поверхностей нагрева было получено, что
коэффициент теплоотдачи конвекцией при средней скорости дымовых газов
14,3 м/с равен 78,8 Вт/м2∙К, а коэффициент теплоотдачи излучением – 20,34
Вт/м2∙К. Теплой поток на данном участке котла составляет 6037 кВт.
Температура дымовых газов за конвективным пучком составила 462 °С.
В ходе расчета к установке был принят водяной
блочный
одноколонковый экономайзер системы ВТИ ЭП1-330. Тепловосприятие в
экономайзере составляет 1624 кВт при коэффициенте теплопередачи 23,3
Вт/м2∙К. Подогрев питательной воды в нем составляет 68 °С. Расчетная
поверхность теплообмена экономайзера – 652,5 м2. Температура уходящих
газов – 130 °С.
62
В ходе аэродинамического расчета были получены следующие значения
сопротивлений: потери давления дымовых газов в газоходе котла – 355 Па, в
экономайзере – 72 Па, в газовом тракте – 296 Па. Полезная естественная тяга,
создаваемая дымовой трубой составляет 55 Па, при высоте данной трубы в 30
м. Потери давления воздуха в воздушном тракте – 268 Па.
Для отсасывания дымовых газов из топки котла к установке был выбран
центробежный дымосос ДН-12,5-1500 производства бийского котельного
завода с номинальной производительностью 39900 м3/ч и потребляемой
мощностью 47,2 кВт. Максимальный КПД дымососа – 83%.
Для подачи чистого воздуха в топку котла к установке был выбран
центробежный дутьевой вентилятор ВДН-10-1500 производства бийского
котельного завода с номинальной производительностью 20430 м 3/ч и
потребляемой мощностью 24 кВт. Максимальный КПД вентилятора – 83%.
На основании представленных выводов можно сделать заключение, что
цель работы – выполнение поверочного расчета котельного агрегата и подбор
тягодутьевых устройств достигнута.
Используя полученные результаты и опыт проведения подобного рода
расчетов, можно переходить к решению более сложных инженерных задач. А
именно – к тепловому конструктивному и гидравлическому расчету
промышленных котельных установок и отопительных котельных систем
теплоснабжения.
63
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Гусев Ю.Л. «Основы проектирования котельных установок»: Учебное
пособие. – 2-е изд. – М.: «Стройиздат», 1973. – 248 с.
2. Зах Р.Г. «Котельные установки». М., «Энергия», 1968. – 352 с.: с ил.
3. Сидельковский
Л.Н.,
Юренев
В.Н.
«Котельные
установки
промышленных предприятий»: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. – М.:
«Энергоатомиздат». 1988. – 528 с.: ил.
4. Мочан С.И. Л. «Аэродинамический расчет котельных установок
(нормативный метод)». 3-е изд. – Л.: «Энергия». 1977 г.–256 с.: с ил.
5. Роддатис К. Ф., Полтарецкий А. Н. «Справочник по котельным
установкам малой производительности». – М.: «Энергоатомиздат», 1989. – 488
с.: с ил.
6. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Отраслевой
каталог. НИИЭИНФОРМЭНЕРГОМАШ, Москва, 1983г. – 228с.: с ил.
7. Ривкин С. Л., Александров А. А. «Термодинамические свойства воды и
водяного пара»: Справочник. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.:
«Энергоатомиздат» 1984 г. – 80 с.: с ил.
8. Авчухов В.В., Паюсте Б.Я. «Задачник по процессам тепломассообмена»:
Учебное пособие для вузов. – М.: «Энергоатомиздат». 1986. – 144 с.: с ил.;
9. Котёл паровой ДЕ-16-14ГМ-О (E-16-1,4ГМ) для работы на природном
газе/мазуте производительностью 16,0 т/ч
[Электронный ресурс]
URL:http://www.bikz.ru/production/kotly_paroviye/gaz_zhidkoe_toplivo/serii_de
_4_0_6_5_10_16_25_t_ch/e-16-1_4gmnde-16-14gm-o/, свободный – (9.06.19)
–
Скачать