Курсовой проект проектирование котельной. Курсовой котельная. 2. Описание котла де414

• Название: 2. Описание котла де414
• Анкор: Курсовой проект проектирование котельной
• Дата: 08.05.2023
• Размер: 410.1 Kb.
• Имя файла: Курсовой котельная.docx
• Тип: Документы; #1115585

2. Описание котла ДЕ-4-14

Газомазутный паровой котел серии ДЕ горизонтальной ориентации предназначенный для выработки насыщенного и перегретого пара до температуры 225°С.

Имеет паропроизводительность 4 и рабочее давление 1.4МП. Котел поставляется в полностью собранном виде без натрубной изоляции.

Котел двухбарабанный (с коротким верхним барабаном) вертикально водотрубный с естественной циркуляцией. Барабаны имеют одинаковый диаметр 1000мм. Конвективная поверхность образована трубами соединяющими верхний и нижний барабаны.

Топочная камера отделяется от конвективного пучка газоплотной перегородкой образованной установленных вплотную и сваренных между собой труб (левый топочный экран). Потолок, правая боковая поверхность и единый экран (правый боковой экран). Концы труб боковых экранов завальцованы в верхний и нижний барабаны.

Трубы заднего экрана не имеют обсадных концов и присоединяются сваркой к верхнему и нижнему коллекторам. Коллекторы соединены с верхним и нижним барабанами и объединены необогреваемой рециркуляционной трубой.

В котле паропроизводительностью 4т/ч фронтовой экран выполняется аналогично заднему экрану. Отличие состоит в том что для обеспечения работы горелочных устройств и лаза совмещенного со взрывным клапаном, во фронтовом экране соответственно уменьшено количество труб.

Для обеспечения необходимых скоростей газов в конвективных пуч­ках котлов паропроизводительностью 4т/ч установлены про­дольные ступенчатые перегородки.

Задние экраны всех котлов и фрон­товые экраны котлов паропроизводительностью 4т/ч объ­единяются нижними (горизонтальными) раздающими и верхними (наклонными) собирающими коллекторами, присоединенными к бара­банам. Другие концы коллекторов объединены необогреваемой рецирку­ляционной трубой ф 76X3,5 мм. В котлах паропроизводительностью 4т/ч применена одноступенчатая схема испарения. В нижнем барабане котла расположена перфорирован­ная труба для непрерывной про­дувки котла, которая совмещена с периодической продувкой. Пароперегреватель после третьего ряда труб выполняется змеевиковым.

Для уменьшения присосов в газовый тракт натрубная изоляция снаружи покрывается листовой металлической облицовкой, привариваемой к каркасу котла.

Применение наружной облицовки позволяет улучшить номинальные характеристики котла.


2.1 Объемы и энтальпии воздуха и продуктов сгорания



2.1.1 Состав и теплота сгорания топлива

Топливом для проектируемых котлов является природный газ.

Расчетные характеристики газа на сухую массу принимаются по таблице IV Приложения и заносятся в таблицу 2.1.

В таблице IV Приложения Q^d_i, приведена в МДж/м³, а в таблицу 2.1 Q^d_i, надо записать в кДж/м³

Таблица 2.1 – Расчетные характеристики газообразного топлива

Газопровод Уренгой-Надым-Пунга-Ухта	Состав газа по объему, %						Низшая теплота сгорания Qdi, кДж/м3	Плотность при 0о и 101.3 кПа ρ, кг/м3
	CH4	C2H6	C3H8	C4H10	CO2	N2
	98.72	0.12	0.01	<0.01	0.14	1	35500	0.724

2.1.2 Присосы воздуха и коэффициенты избытка воздуха по отдельным газоходам

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки для котла типа ДЕ принят как 1.05. Котел имеет один конвективный пучок. Присосы воздуха по газовому тракту принять по таблице 2.2. Присосы зависят от обмуровки котла и газоходов.


Таблица 2.2- Коэффициент избытка воздуха и присосы в газоходах котла

Показатель	усл. обозначение	величина
1.Коэффициент избытка воздуха в топке	αт	1.05
2.Присосы –в топку	Δ αт	0.1
-В первый конвективный пучок и пароперегреватель	Δ αт.п1	0.05
-В водяной экономайзер и газоходы за котлом	Δ α эк	0.1

Таблица 2.3- избыток воздуха и присос по газоходам котла

Наименование газохода	α"	Δα	αср
1.Топка	1.05	1.05	1.05
2.Первый конвективный пучок	1.1	0.05	1.075
3.Экономайзер и газоходы за котлом	1.2	0.1	1.15

Пояснения к таблице 2.3


Коэффициент избытка воздуха в сечении за поверхностью нагрева α" газового тракта котла с уравновешенной тягой определяется суммированием коэффициента избытка воздуха в топке α т с присосами в газоходах котла α т расположенных между топкой и рассматриваемой поверхностью нагрева.



2.1.3 Объемы воздуха и продуктов сгорания

Объемы воздуха и продуктов сгорания рассчитывается на 1м³ газообразного топлива при нормальных условиях

Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания заданного топлива при полном его сгорании (α=1) принимаются по таблице Приложения и заносятся в таблицу 2.4.[6 с.41 таблица XIII]

Таблица 2.4 – Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания

Наименование величины	Условное обозначение	Величина м3/м3
1.Теоретический объем воздуха	VOH	9.42
2.Теоретические объемы продуктов сгорания: -трехатомных газов	VOH RO2=VHRO2	0.99
-азота	VOHN2	7.46
-водяных паров	VOHH2O	2.13

Объемы газов при полном сгорании топлива и α˃1 определяются для каждого газохода по формулам, приведенным в таблице 2.5.

Данные расчетов заносятся в эту же таблицу.




Таблица 2.5- Действительные объемы газов (м³/м³⁾ и их объемные доли

при α˃1

Величина	Топка	Первый конвективный пучок	Экономайзер
1.α= αср	1.05	1.075	1.15
2.VHH2O= VOHH2O+0.0161×( α-1)× VOH	2.138	2.141	2.153
3.VНГ= VHRO2+ VOHN2+ VHH2O+ (α-1)× VOH	11.059	11.297	12.016
4.rH2O= VHH2O VНГ	0.193	0.19	0.179
5. rRO2= VHRO VНГ	0.09	0.088	0.082
6. rп= rH2O- rRO2	0.283	0.278	0.261
7.Gr	13.652	13.959	14.882

Пояснения к таблице 2.5
Коэффициент избытка воздуха α= α^ср принимается по таблице 2.3; V_O^H , _RO2=V^H_RO2,

V_O^H_N2, V_O^H_H2O;

V_O^H_H2O - объем водяных паров при α˃1 м³/кг;

V_Н^Г - объемная доля газов при α˃1 м³/кг;

r_H2O - объемная доля трехатомных газов;

rRO₂ - объемная доля водяных паров и трехатомных газов;

G_r – масса дымовых газов,

где ρ^с_г.тл.- []плотность сухого газа при нормальных условиях, кг/ м³ принимается но таблице 2.1



d_.тл.- влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м³ сухого газа.

2.1.4 Энтальпия воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия воздуха и продуктов сгорания считаются для каждого значения коэффициента избытка воздуха α в области, перекрывающей ожидаемый диапазон температур в газоходе

Таблица 2.6 –Энтальпия воздуха и продуктов сгорания при α˃1

Поверхность нагрева	θ(t̊)С	Hо.Г	Hо.В	(α-1)Hо.В	НГ	ΔНГ
Топка, вход в конвективный пучок и пароперегреватель α т	2000	35272	28893	1444.65	36716.65
	1800	31347	25745	1287.25	32634.25	4082.4
	1600	27458	22645	1132.25	28590.25	4044.1
	1400	23641	19563	978.15	24619.15	3971.1
	1200	19947	16529	826.45	20773.45	3845.7
	1000	16287	13551	677.55	16964.55	3808.9
	800	12735	10639	531.95	13256.95	2707.6
Первый конвективный пучок и пароперегреватель α к.п1	1000	16287	13551	1016.325	17303.325
	800	12725	10639	797.925	13522.925	3780.4
	600	9309	7822	586.65	9895.65	3627.275
	400	6049	5108	383.1	6432.1	3464.55
	200	2950	2516	188.7	3138.7	3293.4
Экономайзер α эк	400	6409	5108	766.2	6815.2
	200	2950	2516	377.4	3327.4	3487.8
	100	1461	1251	187.65	1648.65	1678.75

Пояснения к таблице 2.6

Данные для расчета энтальпий принимаются из таблиц 2.1.1 и 2.1.2 Энтальпия газов при коэффициенте избытка воздуха α=1 и температуре газов θ,˚С, принимается по таблице

XVI Приложения.

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха для полного сгорания газа при

температуре t, ˚С, принимается по таблице [XVI Приложения стр42]

Энтальпия действительного объема дымовых газов на 1 м³ топлива при температуре θ,˚С:
Н_Г= H_о.Г +(α-1)H_о.В, кДж/м³ ( 2.1.1)

Изменение энтальпии газов:

ΔН_Г= Н_Г-1 - Н_Г (2.1.2)


где Н_Г - расчетное значение энтальпии, кДж/м³;

Н_Г-1 – предыдущие по отношению к расчетному значение энтальпии, кДж/м³;




Составление теплового баланса котла котла заключается в установлении равенства между поступившими в котел количеством тепла, называемого располагаемым числом

Q_p, и суммой полезно использованного тепла Q₁, и тепловых потерь Q₂, Q₃, Q₄, Q₅, Q₆.

Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся тепловому состоянию котла на 1 кг (1 м³) топлива при температуре 0 ^оС и давлении 101.3 кПа.

Общее уравнение теплового баланса имеет вид:

Q_p+Q_в.вн+Q_ф=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q_{6 ,} кДж/м³

где Q_{p –} располагаемое тепло топлива, кДж/м³;

Q_в.вн – тепло внесенное в топку воздухом при его подогреве вне котла, кДж/м³;

Q_ф – тепло, внесенное паровым дутьем, кДж/м³;

Q₁ – полезно используемое тепло, кДж/м³;

Q₂ – потеря тепла с уходящими газами, кДж/м³;

Q₃ – потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива, кДж/м³;

Q₄ - потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива, кДж/м³;

Q₅ – потеря тепла от наружного охлаждения, кДж/м³;

Q₆ – потеря с теплом шлака, кДж/м³.
В условиях курсового проектирования при сжигании газообразного топлива в отсутствие внешнего подогрева воздуха и парового дутья величины Q_в.вн, Q_ф ,Q₄ и Q₆

равны нулю, поэтому уравнение теплового баланса будет иметь вид:

Q_p=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q_{6 ,} кДж/м³, (2.1.3)

2.2 Тепловой баланс и расход топлива

2.2.1 Тепловой баланс котла

Располагаемое тепло на 1м³ газообразного топлива

Q_p = Q^d_i+i_тл, кДж/м³ (2.2.1)
Q_p=35500+0=35500 , кДж/м³
где Q^d_i – низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м³ (таблица 2.1)

i_{тл -} физическое тепло топлива кДж/м³. Учитывается в том случае, когда топливо предварительно подогревается посторонним источником тепла.

В условиях курсового проектирования i_тл=0, следовательно

2.2.2 Тепловые потери и КПД котла

Определяется интерполяции по данным таблицы 2.7 по заданной температуре уходящих газов θ_(t̊)С,
Расчет интерполяции при t_ух=150˚C,

, (2.2.2)

Н_ух= , кДж/м³

H_О.хв- энтальпия холодного воздуха,

H_О.хв.=(сθ)в× V_O^H (2.2.3)

39.8×9.42=374.916, кДж/м³


, (2.2.4)

q₂=



Потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива q₃ % обусловлена суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, остающихся в дымовых газах.

Для проектируемых котлов принять q₃ =0.5%

По таблице 3.1 принята потеря теплоты от наружного охлаждения q₅= 2.4%
Суммарная потеря теплоты в котле

(2.2.5)

%

КПД (брутто)

ηt=100- =100-8.649=91.306% (2.2.6)

2.2.3 Полезная мощность котла и расход топлива

h_{п.в –} энтальпия питательной воды

h_п.в.=С_п.в t_п.в=4.19 82=343.58
где С_п.в ≈4.19 кДж/(кг-˚С)- теплоемкость воды;

t_п.в- температура питательной воды, ˚С (исходные данные);
D_пр- расход воды на продувку котла, кг/с,




, (2.2.7)


D_пр =

где α_пр– доля непрерывной продувки =2 (исходные данные);

D- паропроизводительность котла, кг/с

Полное количество теплоты, полезно использованной в котле,
Q_к=D_пе (h_п.е-h_п.в)+D_пр (h'_s-h_п.в) (2.2.8)

Q_к=1.111 2703.7-343.58)+0.08 (830.1-343.58)=2883.215

B= (2.2.9)

B= = 0.089 м³/с

2.3 Поверочный расчет теплообмена в топочной камере

2.3.1 Общие указания

Целью поверочного расчета является определение тепловосприятия и параметров дымовых газов на выходе из топки. Расчеты ведутся методом приближения. Для этого предварительно задаются температурою газов на выходе из топки, производят расчет ряда величин, по которым находят температуру на выходе из топке. Если найдется температура отличается от принятой более чем на ±100, то задаются новой температурой и повторяют расчет.

2.3.2 Радиационные свойства продуктов сгорания

Основной радиационной характеристикой продуктов сгорания служит критерий поглощательной способности (критерий Бугера)

Bu=KPS,

где К- коэффициент поглощения топочный среды (формула (2.3.4)),

P- давление в топочной камере= 0.1 МПа,

S-эффективная толщина излучающего слоя (формула (2.3.2)),

Коэффициент K рассчитывается по температуре и составу газов на выходе из топки. При его определении учитывается излучение трехатомных газов при сжигании (RO₂ и H₂0).

Расчеты ведутся в нижеуказанном порядке.

Задаются в первом приближении температурой продуктов сгорания на выходе из топки при сжигании природного газа.
H"_т.з= _т.з- _min)+H_min (2.3.1)

H"_т.з= (1100-100)+1000=4808.9

К_г= К^о_г r_п, 1/(м³ Мпа) (2.3.2)

К_г=10.5 0.283=2.972, 1/(м³ Мпа)

где К^о_г- коэффициент который определяется по номограмме (2 Приложения, с.53) =10.5;

r_п- таблица 2.5 , строка 6- для топки;

S- эффективная толщина излучающего слоя в топке, м :

S=3.6 ,м (2.3.3)

S=3.6 =0.913, м
где - объем топочной камеры (принято как 13.7 , м³);

где – площадь поверхностей топки (принято как 54м²).

Коэффициент поглощения лучей частицами сажи К_с



, (2.3.4)

К_с = (0.12 11 28)^0.4 (1.6 10³ 1373-0.5)=2.895 1/м Мпа

где α_т – коэффициент избытка воздуха на выходе из топки (таблица 2.2 строка 1);

m,n- количества атомов углерода и водорода в соединении соответственно;

C_mH_n- содержание углерода и водорода в сухой массе топлива (состав топлива таблица 2.1)

Т"_Т.З= "_т.з+273- температура газов на выходе их топки, К, (где "_т.з =1100)

Коэффициент поглощения топочной среды:

К=К_г+m К_с (2.3.5)
К=2.972+0.1 2.875=3.26

где К_г- коэффициент поглощения лучей газовой вазой продуктов сгорания , формула (4.2)

m- коэффициент относительного заполнения топочной камеры светящимся пламенем сажи, при сжигании газа m=0.1

К_с- коэффициент поглощения лучей частицами сажи, формула 2.3.4



Критерий поглощательной способности (критерий Бугера):

Bu=KPS (2.3.6)

Bu=3.26 0.1 0.913=0.298

Эффективное значение критерия Бугера:

Bu=1.6 ln ( , (2.3.7)

Bu=1.6 ln (

2.4 Расчет суммарного теплообмена в топке

2.4.1 Общие указания

Методика расчета суммарного теплообмена базируется на приложении теории подобия к топочному процессу.

Основными параметрами, определяющими отношение температуры газов на выходе из топки θ"_m. к адиабатической температуре горения топлива θ_а, является критерий рационального теплообмена Больцмана Во и критерий поглощательной способности Бугера Bu.

Зависимость между этими параметрами установлена на основании опытных данных по теплообмену в топках котлов и выражается формулами или номограммами.

В условиях курсового проектирования расчеты производятся с помощью формул и номограмм.

2.4.2 Полезное тепловыделение в топке
Полезное тепловыделение в топке Q_m зависит от располагаемого тепла топлива Q_p потерь тепла q₃ и тепла вносимого в топку с воздухом Q_в.

Проектируемые котлы не имеют воздухоподогревателя, поэтому в топку вносится тепло с холодным воздухом:

Q_в= α_т H_о.х.в, кДж/м³ (2.4.1)

Q_в=1.05 374.916=393.662

где α_т-коэффициент избытка воздуха в топке (таблица 2.2, строка 1);

H_о.х.в- энтальпия холодного воздуха, кДж/м³.
Полезное тепловыделение в топке:

Q_m= Q_p + Q_в , (2.4.2)




Q_m=H_a,
Q_m=35500 + 393.662=35716.162

где Q_p=Q^d_i- низшая теплота сгорания топлива, кДж/м³, формула (2.2.1);

- потеря тепла от химической неполноты сгорания топлива,%, формула (3.4) ;

Q_в- тепло, вносимое в топку воздухом, кДж/м³, формула (2.4.1).

2.4.3 Расчет температуры газов на выходе из топки

Температура газов на выходе из топки θ"_m.з., зависит от адиабатической температуры горения топлива θ_а=θ'_m, критерия Бугера Bu, теплового напряжения стен топочной камеры q_cт, коэффициента тепловой эффективности экранов ψ, уровня расположения горелок x_T и других величин.

Адиабатическая температура горения топлива θ_а находится по таблице 3.7 по полезному тепловыделению в топке, приравнённому к энтальпии продуктов сгорания (газов) в начале топки, Q_T=H_a, кДж/м³ (Q_T- формула (4.9)).

θ_а= (H_a-H_min)+ _min, (2.4.3)


θ_а= (35716,162-23634.25)+1800=1951,014

t_a= θ_а+273 ,K

t_a=1951,014+273=2224.014

Коэффициент сохранения тепла (точность расчета- не менее трех знаков после запятой):

φ=1- , (2.4.4)

φ=1- =0.974

где - потери тепла от наружнего охлаждения. % (таблица 3.1);

- КПД котла, % формула (2.2.5).

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1м³ топлива:

(V_c)_ср= , кДж/(м³ K) (2.4.5)

V_c)_ср= =35.496

где - энтальпия продуктов сгорания в начале топки, кДж/м³, формула (2.4.2);

-энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки , кДж/м³ формула (2.3.1);

- адиабатическая температура горения ˚С, формула (2.4.3);

= 1100 ˚С- температура продуктов сгорания на выходе из топочной камеры, принимается в п.2.3.2.
Таблица 4.1- Коэффициент тепловой эффективности экранов

Наименование элемента котла	x	ξ	ψ	Fпл	ψiFп.л.i
1	2	3	4	5	6
1.Фронтовой экран топки	1	0.65	0.65	21.81	14.177
2. Итого ∑ψiFп.л.i	-	-	-	-	14.177

Пояснения к таблице 4.1

x- угловой коэффициент экранов;

ξ-коэффициент, учитывающий тепловое сопротивление загрязнения или закрытия изоляцией. Для настенных гладкотрубных и мембранных цельносварных (газоплотных) экранов при сжигании газообразного топлива ξ=0.65;

ψ=x ξ –коэффициент тепловой эффективности экранов.

Для неэкранированных участков топочных стен ψ=0;

F_пл- площадь стены, занятой экраном, м².
ψ_ср= , (2.4.6)

ψ_ср= =0.596
где ψ_iF_п.л.i, м² – таблица 4.1, строка 2. графа 6;

- площадь стен топочной камеры =23.8 м²

Параметр забалластированности топочных газов:

r_v= , (2.4.7)

r_v= = 1.309,

где - по таблице 2.5 (строка 3);

–по таблице 2.4 (строка 3);

V_O^H _RO2- по таблице 2.4 (строка 2).
Параметр М, учитывающий влияние на интенсивность теплообмена в камерных топках относительно уровня расположения горелок, степени забалластированности топочных газов и других факторов:


М=М₀ (1-0.4 Х_г) , (2.4.8)

М=0.4 (1-0.4 0.75) =0.306

где М₀ – коэффициент для газомазутных топок при настенном расположении горелок, М₀=0.4;

Х_г- относительная высота расположения горелок, Х_г=0.75;

r_v -параметр забалластированности топочных газов, формула (2.4.7).

Расчетная температура газов на выходе из топочной камеры:

= -273, (2.4.9)

= -273=1158.154
где Т_a=θ_a +273$

M- по формуле (2.4.8);

-по формуле (2.3.6);

ψ_ср.- по формуле (2.4.6)

F_cт.- согласно задания =23.8;

φ- по формуле (2.2.8);

B, м³/с - по формуле (3.14)

(V_c)_ср, кДж/(м³ К)по формуле (2.2.9).

2.4.4 Проверка точности расчета температуры продуктов сгорания на выходе из топки и расчет во втором приближении

Разница между температурой ,полученной расчетом по формуле (2.4.9), и температурой θ"_т.з. , которой задавались в начале расчета в п. 4.3.2, не должна быть больше ±100˚С:

Δθ"_т.= θ"_т - θ"_т.з. ≤ ±100˚С (2.4.10)

Δθ"_т.=1158.154 -1100=58.154<100 ˚С

Разница Δθ"_т меньше ±100˚С, поэтому температура θ"_т. принимается за окончательную температуру газов на выходе из топочной камеры и по ней находится энтальпия по таблице 3.7;

H"= (θ_ух.- θ_min)+H_min ,кДж/м³ (2.4.11)

H_т"= (1158.154_.- 1100)+ =19179.558, кДж/м³

2.4.5 Тепловосприятие топки

Количество тепла, воспринятого в топке излучением на 1м³ газообразного топлива:

Q_л=φ (Q_т.- H_т"), кДж/м³ (2.4.12)

Q_л=0.974 (35716.162- 19179.558)=16106.652 , кДж/м³
где φ – коэффициент сохранения тепла по формуле (2.4.9);

Q_т- полезное тепловыведение в топке по формуле (2.4.7);

H_т"-по формуле (2.4.11).

Удельное тепловое напряжение объема топочной камеры:

q_v= , кВт/м³ (2.4.13)

q_v= =394.444, кВт/м³
где B, м³/с – расход топлива, подаваемого в топку котла, формула (2.2.8);

, кВт/м³ – низшая теплота сгорания топлива, таблица 1.1;

, м³- объем топочной камеры =8.01,

q_v должно быть меньше допустимого теплового напряжения объема топочной камеры :

q_v< =400 650 кВт/м³ , (2.4.14)
394.444< =400 650 кВт/м³.

Удельное напряжение стен топочной камеры:
q_v= , кВт/м² (2.4.15)

q_v= =130.088, кВт/м²
где φ коэффициент сохранения тепла по формулу (2.4.4);

В,м³/с – расход топлива, подаваемого в топку котла, формула (2.2.8);

Q_т- полезное тепловыделение в топке по формуле (2.4.2);

F_ст-площадь площадь стен топки= 23.8, м²


2.5 Заключение

В курсовом проекте был выполнен тепловой расчет парового котла серии

ДЕ 4-14 указанные основные преимущества котла, устройство, принцип действия и эксплуатационные параметры рабочего котла.

Тепловой расчет производили по методике, разработанной теплотехническими институтами. Она называется «Нормативный метод». Мы расчитывали элементы котельного агрегата последовательно, начиная с топки с переходом к конвективным поверхностям нагрева.

Расчет был выполнен по определению количества воздуха необходимого для горения; количество дымовых газов по газаходам котельного агрегата и их энтальпии.

Мы задавались в первом приближении температурой продуктов сгорания на выходе из топки при сжигании природного газа, , произвели расчет ряда величин, по которой нашли температуру на выходе из топки Найденная температура не выходит за пределы принятой температуры более чем на

Тепловой расчет парового котла серии ДЕ 10-14 был выполнен