43519

Технологические процессы и оборудование

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Котёл предназначен для получения горячей воды с температурой до 150° С и давлением 2,25 МПа в отдельно стоящих котельных для использования в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначений и на ТЭЦ в качестве пиково-резервных источников тепла.

Русский

2013-11-05

468 KB

5 чел.

14

Министерство общего и профессионального образования

Пермский государственный технический университет

Березниковский филиал

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по курсу: Технологические процессы и оборудование

 

Выполнил: студент гр. АТП- 00

Косикова Н. А.

                                                                      Проверил: Дёмин Д. Ю.

Березники, 2004

Содержание

[0.0.0.1] Березники, 2004

[1] Введение

[2] Техническое описание водогрейного котла КВ-ГМ-58,2-150М

[2.1] 1. Назначение

[2.2] 2. Состав котла.

[2.3] 3. Комплектность

[2.4] Наменование величин

[3] Тепловые расчёты

[4] Расчёт конструктивных размеров аппарата

[4.1] 1. Расчёт теплообмена в топке

[4.2] Расчёт теплообмена в конвективном пучке

[5] Характеристика вспомогательного оборудования.

[6] Список использованной литературы.


Введение

        Котельная установка представляет собой совокупность котла и вспомогательных устройств. Она предназначена для получения пара заданных параметров или для нагрева воды под давлением. В зависимости от назначения котельная установка состоит из котла соответствующего типа и вспомогательного оборудования, обеспечивающего его работу. Котёл – это конструктивно объединённый в одно целое комплекс устройств для получения пара или для нагрева воды под давлением за счёт теплоты сгораемого топлива, при протекании технологического процесса или преобразовании электрической энергии в тепловую.

        Для нормального функционирования котла необходимо обеспечить подготовку и подачу к нему топлива, подачу окислителя для горения, а также удалить образующиеся продукты сгорания и др.

        Водогрейные котлы применяют для получения горячей воды с температурой выше 1150С. Котлостроительной промышленностью выпускается серия унифицированных водогрейных котлов КВ-ГМ, КВ-ТС и КВ-ТК (К – котёл, В – водогрейный, ГМ – газомазутный, Т – на твёрдом топливе, С – слоевой метод сжигания, К – камерный метод сжигания). Изготавливаются водогрейные котлы всех типоразмеров унифицированной серии, указанной в таблице 1.

                                                                                                                                              Табл.1.

Темпера-

тура за котлом

Давление воды

за котлом

Тепло-

производительность

0С

МПа

кгс/см2

МВт

Гкал/ч

150

200

1,6

2,5

16

25

4,6; 7,6; 11,6;

23,3; 35; 58,2;

116;209

4; 6,5; 10;

20; 30;50;100;

180

          В своей работе я буду рассчитывать котёл прямоточный водогрейный, газомазутный теплопроизводительностью 50 Гкал/ч (58 МВт), конструкция П-образная, бескаркасная с облегчённой обмуровкой с креплением на экранных трубах.

Техническое описание водогрейного котла КВ-ГМ-58,2-150М

1. Назначение

Котёл предназначен для получения горячей воды с температурой до 150° С и давлением 2,25 МПа в отдельно стоящих котельных для использования в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначений и на ТЭЦ в качестве пиково-резервных источников тепла.

Котёл используется для работы как в основном режиме, так и в пиковом (для подогрева сетевой воды соответственно от 70 до 150° С и от 110 до 150° С). Котёл КВ-ГМ-58,2-150М должен работать с постоянным расходом воды.

В качестве расчетных топлив приняты: мазут марки 100 ГОСТ 10585—75 и природный газ с Q =8620ккал/м3.

2. Состав котла.

Описание основных частей котла.

Котёл состоит из:

- топки – предназначенной для сжигания мазута, газа.

- конвективного пучка, который состоит из 3-х пакетов с ø труб 28*3.

- газомазутных горелок в количестве 2 шт., каждая имеет расход 420 кг/час

 мазута, 660 м3/час газа. Горелка построена  на  принципе    периферического      

 питания газами и механического распыления мазута.

- обмуровки и изоляции котла

- металлического каркаса

- лестниц и площадок

- воздуховодов.

        2.1 Топка и задняя стена конвективного газохода полностью экранированы трубами 603 мм с шагом S=64 мм.

Конвективная поверхность нагрева котла состоит из трех пакетов, расположенных в вертикальном газоходе. Каждый пакет набирается из П-образных ширм, выполненных из труб 283 мм. Ширмы пакетов расположены параллельно фронту котла и установлены таким образом, что их трубы образуют шахматный пучок с шагами S1=64 мм и S2=40 мм. Боковые стены конвективного вертикального газохода закрыты трубами 833,5 мм с шагом S=128 мм, которые являются одновременно коллекторами для ширм конвективных пакетов.

2.2 Топка котла оборудована газомазутными горелками с ротационными форсунками типа РГМГ-20 (2 горелки на котле КВ-ГМ-58,2-150М) производительностью соответственно 20 Гкал/ч. Горелки допускают форсировку: РГМГ-20 до 25 Гкал/ч. Каждая горелка типа РГМГ имеет автономный вентилятор первичного воздуха типа ЗОЦС85.

На фронтовой стене топки котла КВ-ГМ-58,2-150М в один ярус установлены две горелки типа РГМГ-20. Диапазон регулирования нагрузки котлов – 20 - 100% от номинальной теплопроизводительности.

2.3. При работе на газообразном топливе включение котлов по воде выполняется по противоточной схеме (подвод воды — в конвективные поверхности нагрева, а отвод воды — из поверхностей нагрева топочной камеры).

     Качество сетевой и подпиточной воды должно соответствовать требованиям РД 24.031.120-91.

2.4. Котёл выполнен без несущего каркаса. Экраны топочной камеры и конвективного газохода опираются нижними коллекторами через опоры на портал. Опора, расположенная посередине нижнего коллектора промежуточного экрана топки, размещенного между топкой и конвективным газоходом, является неподвижной.

     Площадки и лестницы котла крепятся к стойкам, опирающимся на кронштейны портала. Обмуровка котла облегченная, натрубная, толщиной приблизительно 110 мм. Она состоит из трех слоев: шамотобетона, совелитовых плит или минераловатных матрацев и магнезиальной обмазки.

Котёл КВ-ГМ-58,2-150М рассчитан для работы с уравновешенной тягой.

3. Комплектность

Наименование элемента

КВ-ГМ-58,2-150М

Экраны фронтовые, шт.

4

Экраны боковые, шт.

6

Экраны задние, шт.

3

Экраны промежуточные (фестонные), шт.

3

Секции конвективной части, шт.

72

Трубопроводы перепускные, комплект

1

Коллекторы конвективной части, шт.

2

Трубопроводы дренажные и воздушные с запор. арм. в пределах котла, комп.

1

Каркас котла (портал), комплект

1

Площадки и лестницы, комплект

1

Металлоконструкции, комплект

1

Металлическая обшивка котла, комплект

1

Мазутопровод с арматурой в пределах котла, комплект

1

Газопровод с арматурой в пределах котла, комплект

1

Детали для крепления обмуровки, комплект

1

Горелки, шт.

2

Запально-защитные устр-ва ЗЗУ-4 ОСТ 108.833.103-79

2

Вентиляторы высоконапорные типа               30ЦС85 ТУ 108.1182-83, шт.

--

19ЦС63 ТУ 108.1182-83, шт.

2

Установка ГИО, комплект

1

Холодильник двухточечный, шт

1

Объем поставки, ж/д вагонов

8

Принцип действия котельной установки:

        Воздух, необходимый для горения, подаётся в топку дутьевыми вентиляторами, а вода в котёл – насосами, дымовые газы котла удаляются в атмосферу за счёт естественной тяги через трубу. Вода, нагретая в котле, поступает к потребителю, где отдаёт часть тепла и с пониженной  температурой снова возвращается в котёл для последующего подогрева.  Топочное устройство оборудовано горелками.

        Технологическая схема приведена на отдельном листе формата А1 (включает в себя общий вид котла КВ-ГМ-50)

Техническая характеристика котла:

Наменование величин

Ед. изм.

Теплопроизводительность

Размеры топочной камеры в плане

Объём топочной камеры

Расход воды   

Номинальное давление

Максимальное давление доп.

Минимальное давление  

КПД котла на 50 Гкал/час

Температура воды на входе в котёл

Температура воды на выходе из котла

Температура уходящих газов

Поверхность нагрева радиационная                                                 

Поверхность нагрева конвективная

Водяной объём  

Расход топлива (газа)

Масса металлической части котла

Общая толщина обмуровки

Габаритные размеры котла

Высота от нулевой отметки до отметки

верха дробеочистки

Высота котла

Ширина котла

Длина котла

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

Гкал/час

мм

м3

т/час

кгс/см2

кгс/см2

кгс/см2

%

0С

0С

0С

м2

м2

м3

м3

т

мм

мм

мм

мм

мм

мм

50

55684096

251

618

12

25

10

93,3

70

150

145

245

1223

19

6217

82

142

14315

13400

5700

5900

Тепловые расчёты

         Тепловой расчёт котла может быть двух видов: конструкторский и проверочный. Различие между ними заключается в целях, исходных и искомых величинах.

       Теплота, выделяемая топливом, не полностью используются для нагрева рабочего тела котла. Часть теплоты теряется. Эффективность использования энергии в котле определяет его КПД.

        Распределение тепла, выделившегося при сжатии топлива, на полезное и на потери, сопровождающие работу котлоагрегата, называется тепловым балансом котельного агрегата. За величину прихода тепла принимают тепло, внесённое в топку с рабочим топливом, т.е. низшую теплоту сгорания топлива.

        При сжигании твёрдого и жидкого топлива тепловой баланс котельного агрегата составляют в килоджоулях (килокалориях) и относят к 1 израсходованного топлива, а при сжигании газообразного топлива баланс составляют также в килоджоулях (килокалориях) и относят к 1 газа, введённого в топку. В обоих случаях тепловой баланс можно представить также в процентах.

1.Определение теоретического объёма воздуха.

Для полного сгорания 1м3 газообразного топлива теоретически необходимый объём воздуха, м33,

                         (1)

Состав газа:    СН4=76,7%

                        C2H6=4,5%

                        C3H8=1,7%

                        C4H10=0,8%

                        C5H12=0,6%

                        H2=1

                        CO2=0,2%

                        N2=14,5%

Подставляя числовые значения в формулу (1), получим

2. Определение объёма дымовых газов.

Объём сухих трёхатомных газов определяется по формуле:

Теоретический объём азота определяется по формуле:

Теоретический объём водяных паров определяется по формуле:

Полный объём дымовых газов определяется по формуле:

3. Определение действительного объёма воздуха, поданного в топку.

Коэффициентом избытка воздуха в топке называются отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку, к теоретически необходимому и определяется по формуле:

,

где - действительный объём воздуха, поданного в топку

Полный объём дымовых газов при :

Действительный объём водяных паров при :

4. Определение энтальпии уходящих дымовых газов при температуре 2000С и коэффициента избытка воздуха за котлом .

Энтальпия воздуха и продуктов сгорания 1 м3  газообразного топлива определяется по сумме энтальпий газообразных продуктов сгорания, входящих в состав дымовых газов.

Энтальпия воздуха,  (при ) определяется по формуле:

Энтальпия газов при  определяется по формуле:

или

Энтальпия газов при  определяем по формуле:

или

5. Определение КПД

Данные:

              

              

              

              

              

         

Коэффициент полезного действия определяется по формуле:

, где -энтальпия воды, поступающей в котёл

                        - энтальпия воды, выходящей из котла

Величина потерь

Величина потерь в окружающую среду

     Уравнение теплового баланса котельного агрегата в килоджоулях при сжигании 1 твёрдого топлива или 1  газообразного топлива можно представить следующим образом:

,                                    (2)

где - располагаемое тепло, введённое в котельный агрегат;

     - тепло, полезно использованное в котле на получение пара или     горячей          воды;

     - потери тепла с дымовыми газами, уходящими из котельного агрегата;

     - потери тепла от химической неполноты сгорания топлива;

      - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива;

      - потери тепла в окружающую среду;

     - потери с физическим теплом шлаков, удаляемых из топки.

В располагаемое тепло , приходящееся на 1  или на 1 топлива,

входит тепло, вносимое в топку самим топливом, но т.к. величина физического тепла топлива исключительно мала и не превышает 0,1 – 0,2% теплоты сгорания топлива, её обычно исключают и принимают .

        Разделив каждый член левой и правой частей уравнения (2) на  и умножив его на 100, получим тепловой баланс в процентах от теплоты сгорания:

,                                    (3)

где  и т.д.

        При сжигании жидкого и газообразного топлива потери тепла  и  отсутствуют, и уравнение теплового баланса котельного агрегата в процентах:

                                                                                             (4)

Полезно использованное тепло :

Потери тепла при сжигании газообразного топлива:

 

Потери тепла от химического недожёга:

        При сжигании газообразного топлива показателем химической неполноты горения является присутствие в уходящих дымовых газах окиси углерода и метана.

        Зная содержание окиси углерода в отходящих дымовых газах, определяют потерю от неполноты горения. В нашем случае

Потери тепла  от механического недожёга:

        Состоят из потерь от провала несгоревших частиц топлива и уноса мелких частиц топлива в газоходы котла. В нашем случае

Потери тепла  в окружающую среду:

Полезно  использованное  в  агрегате  тепло :

Qка = Д * ( i2- i1) = 49999973,82 ккал/час

Полный  расход  топлива :

Вк = Qка*100/ Qрр* ηк.а = 49999973,82*100/8620*93,3=6217 кг/ч

Расчетный  расход  топлива :

Вр =  Вк*(100- Q4)/100

Вр =6217 кг/час

Расчёт конструктивных размеров аппарата

         Конструкция экранов должна обеспечивать свободу теплового расширения труб при нагреве и охлаждении во избежание появления в металле внутренних остаточных напряжений, надёжный отвод теплоты от стенки для предотвращения перегрева металла, устойчивый режим течения среды без пульсаций и значительных неравномерностей по расходу в отдельных трубах, малую чувствительность к тепловым неравномерностям обогрева газами по периметру и высоте топки.

        Топка и задняя стена конвективного газохода полностью экранированы трубами 603 мм

Шаг между трубами в экранах:

S = d + 4мм = 60 + 4 = 64мм

        Конвективная поверхность нагрева котла состоит из трех пакетов, расположенных в вертикальном газоходе. Каждый пакет набирается из П-образных ширм, выполненных из труб 283 мм. Ширмы пакетов расположены параллельно фронту котла и установлены таким образом, что их трубы образуют шахматный пучок с шагами S1=64 мм и S2=40 мм. Боковые стены конвективного вертикального газохода закрыты трубами 833,5 мм с шагом S=128 мм, которые являются одновременно коллекторами для ширм конвективных пакетов.

1. Расчёт теплообмена в топке

Объём топочной камеры , принимаем по конструктивным характеристикам котла:

Лучевоспринимающая поверхность нагрева топки , принимаем по конструктивным характеристикам котла:

Полная поверхность стен топки:

Степень экранирования топки находим по формуле:

Эффективная толщина излучающего слоя пламени равна:

Эффективная степень черноты факела:

где - степень черноты святящейся части пламени

     

 - поправочный коэффициент

 = 0,1

- степень черноты топочной среды

= 0,51

Степень черноты топки:

где - условный коэффициент загрязнения

 = 0,65

Температура газов в конце топки (принимаем с последующим уточнением):

Энтальпия газов на выходе из топки:

Полезное тепловыделение в топке на  топлива расчитываем по формуле:

Тепловыделение на  поверхности стен топки:

Средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания:

,

где - теоретическая температура горения

      

Температура газов на выходе из топки:

,

где

Энтальпия газов на выходе из топки:

Тепло, переданное излучением в топке:

Тепловая нагрузка лучевоспринимающей поверхности:

Видимое теплонапряжение топочного объёма:

  1.  Расчёт теплообмена в конвективном пучке

Диаметр труб,

Сечение для прохода газов,

Поверхность нагрева,

Температура газов на входе в конвективный пучёк (принимаем из расчёта теплообмена в топке):

Энтальпия газов на входе в конвективный пучёк:

Температура воды на входе в конвективный пучёк (принимается согласно технологических характеристик котла):

Температура газов на выходе из конвективного пучка:

Тепловосприятие конвективного пучка по балансу:

Температура воды на выходе:

Средняя температура газов в конвективном газоходе:

Температурный напор:

,

где

Средняя скорость газов:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией:

,

где - коэффициент теплоотдачи

      

 - поправка на число рядов труб

 =1

      - поправка на компановку пучка

      =1

  - коэффициент, учитывающий влияние изменения физических    параметров потока

 =1

Коэффициент теплоотдачи излучением:

где - коэффициент степени черноты       

     0,56

     =0,97

     -коэффициент теплоотдачи

       

Суммарный коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплопередачи:

,

где - коэффициент тепловой эффективности

     

Тепловосприятие конвективной части:

Относительная величина тепловосприятия:

Определение общей длины трубы:

где F – поверхность теплопередачи

где Q - тепловая нагрузка

      К - коэффициет теплопередачи

       - средний температурный напор

Определяем поверхность теплопередачи:

Определяем общую длину трубы:

Длина  одного  витка  змеевика :

где Dзм- диаметр  витка  змеевика ;

      Dзм=28мм=0,028 м

Число  витков  змеевика :

Характеристика вспомогательного оборудования.

        Вспомогательное оборудование котла – это дутьевые вентиляторы и дымососы для подачи воздуха в котёл и удаления из него в атмосферу продуктов сгорания; бункера, питатели сырого топлива и пыли; углеразмольные мельницы для обеспечения непрерывной подачи и приготовления пылевидного топлива требуемого качества; золоулавливающее и золошлакоудаляющее оборудование для очистки дымовых газов от золовых частиц с целью охраны окружающей среды от загрязнения и для организованного отвода уловленной золы и шлака; устройства для профилактической очистки наружной поверхности труб котла от загрязнений; контрольно-измерительная аппаратура; водоподогревательные установки для обработки исходной (природной) воды до заданного качества.

        Для того, чтобы обеспечить искусственную тягу в котельных установках производительностью свыше 2,5 т/ч при сопротивлении газового тракта более 300 Па устанавливают дутьевые вентиляторы, подающие воздух в топку под небольшим давлением, и дымососы, отсасывающие дымовые газы из котлоагрегата и выбрасывающие их в дымовую трубу. Дымовая труба при этом служит для выноса дымовых газов в более высокие слои атмосферы, а тяга, которую она создаёт, является только добавлением к тяге, создаваемой дымососом.

        Центробежные вентиляторы, применяемые для преодоления сопротивления газоходов и удаления дымовых газов из котлоагрегата, называют дымососами.

        Рекомендуемый вентилятор центробежный дутьевой правого вращения ВДН-20 .

Технические характеристики вентилятора ВДН-20

Тип дымососа

Тип электро-двигателя

Мощность, кВт / частота вращения, об/мин

Напря-жение, В

Производи-тельность, тыс.м3/час

Полное давление, даПа

Масса без электро-двигателя, кг

ВДН-20

ДА304-400У-6

400/1000

6000

210

470

5660

      Рекомендуемый дымосос ДН-220,62ГМ .(см.рис.1)

Технические характеристики дымососа ДН-22

Тип дымососа

Тип электро-двигателя

Мощность, кВт / частота вращения, об/мин

Напря-жение, В

Производительность, тыс.м3/час

Полное давление, даПа

Масса без электро-двигателя, кг

ДН-22

ДА304-450Х-8

315/750

6000

162

320

7100

Список использованной литературы.

1. Н.А. Киселёв “Котельные установки” Москва, “Высшая школа” 1979

2. В.А. Двойнишников, Л.В. Деев, М.А. Изюмов  “Конструкция и расчёт котлов и котельных установок”        Москва, “Машиностроение” 1988

3. Д.Н. Кемельман, Н.Б. Эскин “Наладка котельных установок” Москва, “Энергоатомиздат” 1989

4. Г.В. Резник, А.П. Бордюков “Монтаж водогрейных котлов” Москва, “Энергия” 1980

5. Б.Е. Шенфельд “Методические указания к курсовому проекту по курсу “Процессы и аппараты химической технологии” для студентов химико-технической специальностей” Пермь  1992


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

50817. Определение теплоёмкости металлов методом охлаждения 154.5 KB
  Металлический образец, имеющий температуру более высокую, чем температура окружающей среды, в этой среде охлаждается. Кол-во теплоты q , теряемой образцом металла за единицу времени t может быть записано в виде...
50818. Каскадные листы стилей CSS 330.5 KB
  Значение 0 соответствует полной прозрачности элемента а 1 наоборот его непрозрачности.2 Oper 9 border позволяет одновременно установить толщину стиль и цвет рамки вокруг элемента.
50819. Построение и экспериментальная проверка статической характеристики замкнутой системы 868 KB
  Освоить методику аналитического построения статической характеристики замкнутой САР по статическим характеристикам отдельных элементов. Под статической характеристикой замкнутой САР понимают функциональную зависимость регулируемой величины от задающего и возмущающих воздействий снятую на установившихся режимах. Если регулируемая величина на установившемся режиме не зависит от возмущающих воздействий то такая система называется астатической а если зависит то статической.
50820. Определение теплоёмкости методом Клемана и Дезорма 58.5 KB
  Эта величина, в частности, определяет скорость распространения звука в газах; от неё зависит течение газов по трубам со звуковыми скоростями и достижение сверхзвуковых скоростей в трубах, сначала суживающихся, а затем резко расширяющихся (сопла Лаваля). Основная идея метода Клемана и Дезорма состоит в следующем.
50821. DHTML и JavaScript на web-страницах 560 KB
  Цель работы: ознакомиться с основными возможностями языка JavaScript, синтаксисом, встроенными объектами, событиями DHTML, получить практические навыки программирования на языке JavaScript.
50822. Экспериментальное определение характеристик объекта регулирования, выбор закона регулирования и расчет параметров настроек регулятора 804 KB
  Изучить инженерный метод выбора закона регулирования и расчета параметров настроек регуляторов непрерывного действия. Характеристики объектов регулирования Большинство промышленных объектов можно представить в виде элементов которые являются аккумуляторами вещества или энергии. Динамические и статические свойства объекта регулирования описываются дифференциальными уравнениями.
50823. Скриптовый язык программирования PHP 298 KB
  Он может также использоваться для создания изображений и манипуляций с файлами изображений различных форматов включая gif png jpg wbmp и xpm. Обратите внимание что здесь предполагается использование имени...
50824. Проектирование салона швейного предприятия сервиса 156 KB
  Рассчитать численность работающих и площадь салона.Согласно варианту задания дать краткую характеристику приемного салона по зонам.1 Исходные данные для проектирования салона Таблица 4.
50825. Имитационное моделирование. Разработка модели системы массового обслуживания в Arene 807.5 KB
  Практическая часть Исходные данные для рассмотренного в практической части примера: В салон по сборке компьютеров со среднем временем в 15 минут приходит 1 клиент что определяется по экспоненциальному закону чтобы выбрать компьютер ПК. Выбор ПК осуществляется в течении 1520 минут. Отдел по сборке системного блока осуществляет единичный заказ в течение 4050 минут в то время как отдел по подбору соответствующих монитора и периферийных устройств делает свой единичный заказ в течение 540 минут. Определить необходимое минимальное...