Расчет котла Е-420-13-550

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	5
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
1. ТОПЛИВО. ВОЗДУХ. ПРОДУКТЫ  СГОРАНИЯ	9
2. ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС КОТЛОАГРЕГАТА	13
3. РАСЧЕТ ТОПОЧНОЙ  КАМЕРЫ	15
4. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ  НАГРЕВА	24
5. РАСЧЕТ КОНВЕКТИВНЫХ  ПУЧКОВ	29
6. СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ТЕПЛОВОГО РАСЧЁТА И РАСЧЁТНАЯ НЕВЯЗКА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА	32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	34
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	35

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Широкое распространение централизованного теплоснабжения промышленных районов, отдельных предприятий и сельского хозяйства вызвало значительное расширение производства и внедрение котлоагрегатов большой мощности.

Это потребовало подготовки специалистов инженеров, строителей, теплотехников  и тепломонтажников специализирующихся по этой специальности. Применение заводами – изготовителями комплектной и блочной поставки агрегатов, прогрессивные способы их монтажа, применения более экономичных методов сжигания топлива требуют глубоких знаний студентами, обучающимися по специальности  «Теплоэнергетика», методики теплового расчёта котлоагрегата

Котельные установки  предназначены для обеспечения  паром турбоагрегатов, для производственных процессов и отопительных нужд. В  котельных электростанций устанавливают  котлы более высоких параметров пара, как правило, перегретого. Производственные отопительные котельные вырабатывают пар меньшего давления, часто насыщенный или с небольшим перегревом.

При высоких параметрах пара повышаются требования к качеству питательной воды паровых котлов. Наличие пароперегревателей и снабжение  паром паротурбинных установок требует обеспечения высокого качества пара во избежание заноса солями пароперегревателей, а также проточной части и регулирующих органов турбин.

Требование полной непрерывности  и надёжности электро- и теплоснабжения обуславливает лучшую организацию  эксплуатации котельных установок электростанций, для которых отпуск электроэнергии и тепла является основной задачей производства.

Общая характеристика котельных установок.

Котельная установка  состоит из котлоагрегата, предназначенного для выработки пара за счёт тепла, выделяемого при сжигании в топке органического топлива и ряда вспомогательных устройств, служащих для подачи воздуха в топку, отвода охлаждённых продуктов сгорания, приготовления угольной пыли и подачи её в топку. Котлоагрегат, предназначенный для определённой тепловой мощности, параметров пара и топлива поставляется комплектно котлостроительным заводом.

Все котельные установки  разделяют на две основные группы:

- Энергетические

- Производственно-отопительные.

К энергетическим котельным  установкам относятся установки, размещаемые в котельных цехах электростанций и снабжающие паром паровые турбины.

Производственные и  производственно-отопительные котельные  установки обслуживают нужды  отопления и снабжения паром  производственных потребителей, к числу которых относятся различные промышленные теплообменники, тепловые аппараты, нагревательные приборы, паровые приводы некоторых машин и т.д.

Характеристика основных частей котельной установки.

1.Испарительная  часть котлоагрегата. Обогреваемые топочными газами трубчатые поверхности нагрева- экраны, в которых получается насыщенный пар, собираемый в барабане, где происходит сепарация пара.

2.Топка – топливосжигающее и теплообменное устройство, в котором происходит выделение тепла из топлива и отдача тепла поверхностям нагрева котла, располагаемым в топочном пространстве. С топкой связана шахтно-мельничная установка, размалывающая топливо в пыль и подающая пыль в топку.

3. Пароперегреватель - обогреваемый продуктами горения теплообменный аппарат, предназначенный для повышения температуры насыщенного пара, выдаваемого испарительными поверхностями котла, т.е. для перегрева пара.

4. Водяной  экономайзер – теплообменный аппарат, в котором происходит подогрев воды перед поступлением её в котёл за счёт использования тепла продуктов горения, уходящих из пароперегревателя котла.

5. Воздухоподогреватель  – теплообменный аппарат, подогревающий воздух, необходимый для поддержания процесса горения топлива; подогрев происходит за счёт тепла продуктов горения, уходящих из водяного экономайзера.

6. Каркас  – металлические конструкции, поддерживающие металлические конструкции котлоагрегата и его обмуровку.

7. Обмуровка  – керамические изоляционные ограждения, образующие газоходы котлоагрегата.

Вспомогательные элементы котельной установки

8. Топливоподающее  устройство (топливоподача)- устройство, предназначенное для подачи топлива с топливного склада в котельную.

9. Топливный  бункер – служит для образования некоторого запаса топлива в когтельной.

10. Дымосос – устройство, отсасывающее дымовые газы из газоходов котлоагрегата.

11. Дымовая труба.

12. Тягодутьевая установка – группа вентиляторов, нагнетающих воздух по воздуховодам в топку.

13. Выходной коллектор - устройство для выхода перегретого пара.

14. Шлакоудаляющее устройство – необходимо, для удаления шлаков из-под топки.

15. Золоулавливающее устройство – необходимо для улавливания летучей золы из дымовых газов на выходе их из котлоагрегата в целях снижения до min запылённости воздушного бассейна.

Рабочие процессы в  котлоагрегате.

Источником тепла, с помощью которого происходит образование из воды водяного пара, является топливо. Сжигание топлива в атмосферном воздухе сопровождается преобразованием химической энергии процесса горения топлива в физическое тепло продуктов сгорания, которое в топке и газоходах котлоагрегата через поверхности нагрева передаётся воде для выработки пара и пару для его перегрева.

В соответствии с этим основными процессами в котлоагрегате  являются:

• Процесс горения топлива, который происходит в топке котла.

• Процесс теплообмена в газоходах между продуктами горения и рабочим телом (вода и пар).

• Процесс парообразования, сопровождающийся процессом циркуляции воды и пароводяной смеси внутри котла.

• Процесс перегрева пара.

Питательная вода подаётся в котлоагрегат с температурой ниже температуры кипения воды в котле. Поэтому в котлоагрегате прежде всего по тракту воды осуществляется нагревание воды до температуры кипения, которое происходит или полностью в водяном экономайзере или частично в водяном экономайзере за счёт тепла уходящих газов и частично в барабане – паросборнике котла – за счёт тепла пара, поступающего в барабан из поверхностей нагрева котла.

Таким образом, процесс  получения пара заданных параметров может быть разбит на три стадии:

-подогрев воды до  температуры кипения;

-испарение воды;

-перегрев полученного  пара.

Организация рабочих  процессов в котлоагрегате должна обеспечивать надёжность работы поверхностей нагрева котла. Для этого металлические  поверхности нагрева котла, омываемые  снаружи продуктами горения, имеющими высокую температуру следует интенсивно охлаждать изнутри. Охлаждающей средой служит вода, пароводяная смесь и пар с температурой соответствующей давлению в котле. Для применяемых в настоящее время давлений (до 4 МПа) температура кипения лежит в пределах от 150 – 350⁰С. Для того, чтобы охлаждение стенок поверхностей нагрева было эффективным, внутри котла организуется интенсивное движение воды и пароводяной смеси вдоль поверхностей нагрева. Это движение носит название циркуляции и обеспечивает непрерывность отвода тепла от поверхностей нагрева, отсутствие местного застоя, перегрева и диссоциации пара, которые могут вызвать коррозию металла и т. п.

В настоящее время  наибольшее распространение имеют  котлы с естественной циркуляцией.

Вода, выделившаяся в барабане – паросборнике котла – опускается по правой трубе, присоединенной одним концом к барабану, другим к коллектору, а по левой, обогреваемой газами паровой трубе, образующаяся в ней пароводяная смесь поднимается из коллектора в барабан. Такое движение воды и пароводяной смеси в контуре объясняется меньшим удельным весом пароводяной смеси в левой ветви по сравнению с удельным весом воды в правой ветви контура.

При естественной циркуляции количество жидкости, проходящей в 1 сек  через контуры экранных труб многократно превышает количество образующихся в них пара, что и обеспечивает поддержание температуры стенок испарительных поверхностей нагрева близкой к температуре кипящей воды.

Элементом, замыкающим циркуляционный поток, в котлах с естественной циркуляцией, является барабан – паросборник котла, в котором осуществляется сепарация пара, с возвратом воды в контуры циркуляции.

Верхняя часть объёма барабана, лежащая  над уровнем воды, называется паровым  пространством котлоагрегата –  служит для окончательной осушки пара.

В водяном пространстве барабана котла  и кипятильных трубах в процессе выработки пара происходит накапливание солей, выделяющихся из испарённой воды.

Эти соли при работе котла циркулируют  вместе с водой и их накапление в циркуляционной воде выше нормы может вызвать выпадение солей на поверхности нагрева в виде накипи или шлама (грязи).

При наличии таких отложений, теплопроводность которых мала (0,9-5,8 Вт\м⁰С) внутреннее охлаждение металлических стенок ухудшается, металл перегревается и его прочность уменьшается, что приводит к образованию на стенках отдулин и затем свищей (порывов).

Для того чтобы не допускать излишнего  накапливания солей в котле,  из водяного пространства барабана производится непрерывное удаление накапливающихся  в котловой воде солей вместе с небольшим количеством котловой воды в виде непрерывной продувки котла.

Периодически также производят продувку котла из нижних точек (коллекторов) для удаления осадков солей (шлама).

 

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

1. ТОПЛИВО. ВОЗДУХ. ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ

 

1. 1. Основные характеристики топлива

 

Из справочных материалов выписываются основные характеристики указанного в задании топлива: состав рабочей массы, низшая теплота сгорания Q_н^р, выход летучих и характеристики золы (для твёрдого топлива), физические характеристики (для мазута). Для газообразного топлива – состав газа по объёму, теплота сгорания Q_н^с, КДж/м³, плотность при нормальных условиях.

Приведённые характеристики топлива A^п, W^п,(% кг/МДж), определяются по формулам:

 

А^п=10³А^р/Q_н^р; W^п=10³W^р/Q_н^р=2200%кг/МДж                   (1)

 

1. 2. Выбор коэффициента избытка воздуха и присосов  в газоходах котельного агрегата

 

В реальных топочных камерах  для эффективного сжигания топлива  приходится подавать воздуха больше, чем это теоретически необходимо:

V_д=V⁰×a_т,                                                    (2)

 гдеV_д – м³/кг, объём подаваемого в топку воздуха;

V⁰ - м³/кг, объём теоретически необходимого для осуществления процесса горения воздуха;

a_т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки.

По мере движения продуктов сгорания по газоходам коэффициент избытка увеличивается за счёт присосов воздуха в газовый тракт агрегата через неплотности в обмуровке.

При тепловом расчёте  коэффициент избытка воздуха  на выходе из топки a_т и присосы воздуха в отдельных элементах котлоагрегата Da_т принимают на основе обобщённых данных эксплуатации агрегатов.

Значение расчётного коэффициента избытка воздуха в  отдельных сечениях газохода a определяют суммированием коэффициента избытка воздуха в топке с присосами воздуха в газоходах, расположенных между топкой и рассматриваемым сечением, т.е.

a = a_т + SDa_i.  (3)

 

Таблица 1 - Присосы воздуха по газоходам Da и расчётные коэффициенты избытка воздуха

 

Участок газового тракта	Присосы Da	Расчётный коэффиц. избытка a	Среднее значение          aср=(ai-1+ai)/2
1.Топка, фестон	-	aт=1,2	-
2.Конвективные пакеты	Daкп=0,02	aкп=aт+Daкп=1,22	aкпср=(aт+aкп)/2=1,21
3.Воздухоподогреватель	Daвп=0,03	aвп=aкп+Daвп=1,25	aвпср=(aкпср+aвп)/2=1,23

 

1. 3. Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания топлива

 

Расчётные значения теоретически необходимого количества воздуха V⁰,азота V_N2 ,трехатомных газов V_RO2 , водяных паровV_H2O и объёма образующихся продуктов сгорания V⁰_г отнесённые к 1 кг твёрдого, жидкого и к 1 м³ газообразного топлива для конкретного вида топлива приведены в справочных материалах. Действительные значения определяемых величин для конкретного участка газохода рассчитываем в табличной форме.