Поверочный теплотехнический расчет котла-утилизатора

мольная( молярная) масса смеси, кг/кмоль

 коэффициент динамической  вязкости смеси, Па^.с

, плотность газовой смеси, кг/м³

По данным [3], стр. 511, находим КДж/кмоль^.К, при 440 °С

 

 

По данным [3], стр. 539 находим Па^.с, при 440 °С

 

 

По данным [3], стр. 530 находим  , при 440 °С

 

 

 

5.8 Коэффициент теплоотдачи излучением

, где [6], стр.19

–средняя температура газовой  смеси, К

температура стенки аппарата со стороны  пара, К;

 температура насыщенного пара, К

излучательная способность абсолютно черного тела

приведенный коэффициент теплового  излучения системы излучающий газ-трубка; коэффициент излучения газовой среды [6],стр. 19

где kps–суммарная оптическая толщина излучающего слоя газа [6], стр.19

где р–давление газовой смеси, МПа; s–эффективная толщина излучающая слоя газа, м. [6], стр.19

коэффициент ослабления лучей газовой  средой. [6], стр. 19

объемная доля трехатомных газов

 [6], стр.20

 

(м^.МПа)^-1

5.9 Коэффициент теплоотдачи от газов к стенки трубы

где

  коэффициент использования поверхности [4], стр.202

5.10 Коэффициент теплопередачи

 [2], стр. 201

коэффициент тепловой эффективности  поверхности нагрева

5.11 Температурный напор

5.12 Тепловосприятие испарительной поверхности по уравнению теплопередачи

где F–поверхность теплопередачи, м²

5.13 Невязка теплового расчета и теплового баланса:

%= %=0.98%(<2%)

Таким образом, теплопередающая поверхность КУ обеспечивает передачу тепла от охлаждаемой газовой смеси, рассчитанного по тепловому балансу и образование насыщенного пара заданных параметров. Согласно тепловому расчету температура газовой смеси на выходе из КУ составляет:

Т₂=330 °С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Гидравлический (аэродинамический) расчет

Гидравлическое сопротивление  обусловлено сопротивлением трения и местными сопротивлениями, возникающими при изменении скорости потока газа по величине и направлению:

, где

потери давления на преодоление  сопротивление трения при прохождении  газового потока через испарительную  поверхность, Па

потери давления на преодоление  местных сопротивлений, Па

6.1 Потери давления на сопротивление  трения

6.1.1 Испарительная поверхность

, где

коэффициент трения; длина и эквивалентный диаметр трубы, м; скорость газового потока, м/с; плотность газового потока, кг/м³

м, м (из схемы КУ)

– турбулентный режим

относительная шероховатость труб

Для стали 20 (материал труб) принимаем  [5], стр. 9

 [5], стр. 9

С учетом двух испарительных поверхностей

 

 

6.2 Потери давления  на местные сопротивления

, где 

сумма коэффициентов местных  сопротивлений

средняя скорость газового потока, м/с

средняя плотность газового потока, кг/м³

Местные сопротивления:

вход в трубное пространство; выход из трубного пространства;

поворот на 10°; –внезапное сужение; внезапное расширение;

Принимаем следующие значения коэффициентов  местных сопротивлений [5], стр.9

С учетом двух испарительных поверхностей

6.3 Общие потери давления на  гидравлическое сопротивление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчет толщины тепловой  изоляции

Толщину тепловой изоляции находим из равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности аппарата в окружающую среду:

, где

коэффициент теплоотдачи от внешней  поверхности теплоизоляционного материала  в окружающую среду, Вт/м^2.К

 [5], стр. 177

температура изоляции со стороны  окружающего воздуха вблизи аппарата; в соответствии с санитарно-техническими нормами принимаем °С

температура окружающей среды (воздуха). Так как компоновка котла закрытая, принимаем среднюю температуру воздуха в течение года °С

температура изоляции со стороны  аппарата

коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала, Вт/м^.К

По предельно допустимой температуре использования (до 600°С), а также по технико–экономическим показателям (расход материала, цена, легкость монтажа и эксплуатации, длительный срок службы и т.п.) в качестве теплоизоляционного материала выбираем минеральную вату с

7.1 Толщина тепловой изоляции входной газовой камеры:

Принимаем °С

7.2 Толщина тепловой изоляции испарительного барабана:

Принимаем °С- температура греющего пара

7.3 Толщина тепловой изоляции выходной газовой камеры:

Принимаем °С

8. Подбор вспомогательного  оборудования

8.1 Подбор насоса для питательной  воды

Для подачи питательной воды устанавливаем  насос, который подбираем по производительности Q, м³/с и напору Н, м.вод.ст.

8.1.1 Производительность

, где производительность, кг/с; плотность воды при н.у., кг/м³

8.1.2 Напор

 [5], стр. 15

Р₂–давление пара в котле, Па

Р₁–давление пара в емкости, Па

Н_г–геометрическая высота подъема жидкости, м.вод.ст.

h_п–потери напора на гидравлическое сопротивление, м.вод.ст.

Таким образом выбираемый насос должен обладать производительностью

Q>0.94^.10^-2 м³/с и развивать напор H>77.1 м.вод.ст. Указанным требованиям удовлетворяет насос Х 90-85 [5], стр.15

Техническая характеристика насоса Х 90-85

Q=2.5^.10^-2 м³/с Н=85 м.вод.ст. n=48.3 c^-1

Для регулирования производительности насоса на нагнетательном трубопроводе устанавливаем регулирующий вентиль.

8.2 Подбор емкости для питательной  воды 

8.2.1 Объем емкости

, коэффициент заполнения емкости

Согласно ГОСТ 13372-78 выбираем емкость  с  12.5 м³

8.2.2 Диаметр D,мм и высота H,мм емкости

, , , 2.3=3.0 м

Согласно ГОСТ 9617-76 выбираем емкость с D= 2400 мм и H=3000 мм

 

9. Подбор конструкционных  материалов

Основными конструкционными материалами  элементов котла являются углеродистая и легированная стали. Условия работы металла котла различны. По ходу газового потока тепловые нагрузки поверхностей нагрева изменяются. Максимальное их значение имеет место в испарительных поверхностях нагрева и пароперегревателях. Элементы каркаса котла несут значительные статические нагрузки. Поверхности нагрева омываются агрессивными продуктами сгорания топлива, содержащими O₂, CO₂, SO₂, SO₃, NO₂, в потоке которых при сжигании твердого топлива находятся частицы шлака и золы. В результате возникает коррозионные явления в металле, а также происходит истирание конвективных поверхностей нагрева твердых частицами уноса. В соответствии с указанными условиями работы металла элементов котла к металлу предъявляются следующие основные требования: высокие механические характеристики–прочность, пластичность, вязкость, твердость; стабильность структуры и механических характеристик при работе с высокими нагрузками и высокой температурой в течение длительного времени; высокая сопротивляемость воздействию агрессивных сред.

Поэтому для труб испарительной  поверхности выбираем материал –  сталь 20. Материал стенок днищ и обечайки испарительного барабана – сталь 20К. Материал емкости питательной воды – сталь 20.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Пуск и остановка  котла–утилизатора

Эксплуатация КУ должна осуществляется в полном соответствии с действующими эксплуатационными инструкциями и режимными картами с тем, чтобы обеспечить безопасную, надежную и экономичную работу КУ с выработкой пара требуемых параметров, горячей воды или другого теплоносителя. При этом необходимо учитывать особенности и требования к проведению технологического процесса (температурный уровень, физические и химические свойства отходящих газов и их температура). Эксплуатация КУ производится в строгом соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов». Эксплуатация КУ разделяется на следующие периоды: подготовка и пуск в работу, останов работающего КУ, содержание в нерабочем состоянии, ремонт.

При подготовке КУ к пуску после  окончания монтажа или капитального ремонта необходимо произвести тщательный внутренний и наружный осмотр. Перед началом внутреннего осмотра барабана и камер следует проверить наличие заглушек на паровых, питательных и продувочных линиях. Внутренний осмотр проводится для проверки отсутствия в барабане, сепарационных устройствах, а также в камерах коррозии и других загрязнений, состояния и надежности крепления сепарационных устройств и других элементов оборудования. После внутреннего осмотра и закрытия лазов и люков все установленные заглушки снимают.

При наружном осмотре необходимо убедиться  в том, что на фланцах установлены все шпильки; все расчетные зазоры элементов котла выдержаны; дверцы, лазы, люки закрыты плотно; газоходы очищены от грязи и посторонних предметов; обмуровка и изоляция не имеет неплотностей и повреждений; все клапаны открываются и закрываются нормально; все опускные и продувочные клапаны закрыты, предохранительные клапаны не заклинены.

Заполнение котла конденсатом или химически очищенной деаэрированной водой производится при температуре не ниже 300 К и не выше 330 К. Продолжительность заполнения должна быть не менее одного часа. Уровень воды в барабане необходимо довести до низшего положения по водоуказательному стеклу, после чего проверить держится ли в котле уровень.

В период пуска котла в работу всю аппаратуру автоматического  управления и блокировки отключают, а все операции проводят вручную. Автоматы и блокировку включают после того, как котел будет некоторое время работать в нормальном рабочем режиме. При давлении 0.05-0.1 МПа необходимо продуть водоуказательные стекла и убедиться в правильности их работы. При давлении 0.2 МПа закрывают паровые клапаны для обогрева барабана и проводят вентиляцию паром всего котла, после чего начинают прогрев главного паропровода до магистрали. При давлении 0.3-0.5МПа необходимо подпитать. котел и произвести периодическую продувку барабана котла. Подъем давления в котле с начала пуска до включения в паровую магистраль должен продолжаться не менее одного часа. При давлении в котле близком к давлению в общем паропроводе следует приступить к включению котла в работу и присоединить его к паровой магистрали. После включения котла в магистральный паропровод необходимо закрыть все продувки. Далее следует открыть полностью газовый шибер перед котлом. В период подъема нагрузки нужно внимательно следить за давлением и температурой перегретого пара.

При установившемся режиме работы питание  котла водой переводят на автоматическое. Необходимо следить за температурой и разрежением газов до и после  котла. Следует один раз в сутки  проверять состояние предохранительных  клапанов и продувать их во избежание прикипания.

Остановка КУ должна быть согласована с работниками технологического цеха. После этого с их непосредственным участием, автоматически или вручную необходимо открыть шибер обводного борова с переключением автоматического регулирования тяги, одновременно необходимо прикрыть лопатки направляющего аппарата дымососа и закрыть шибер перед котлом. Затем питание котла следует перевести на ручное и усилить наблюдение за уровнем воды. При достаточном уровне воды в барабане необходимо прекратить питание. При снижении давления в котле до нуля необходимо остановить циркуляционный насос, закрыть продувку пароперегревателя и убедиться, что давление пара в котле не повышается. Спуск воды из остановленного котла можно медленно проводить при температуре не выше 330-340 к. После спуска воды нужно приоткрыть предохранительный клапан, осторожно открыть лазы в барабан, убедившись, что воды и пара в барабане нет. Котел должен быть немедленно остановлен (автоматически или вручную) при отсутствии или отказе в работе защитных устройств, при разрыве труб пароперегревателя и испарительной поверхности, при выходе из строя циркуляционного насоса.