Конструкция и принцип работы котла. Паровые котлы серии ДЕ

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московская академия коммунального хозяйства и строительства

Факультет инженерных систем и экологии

Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции

Курсовой проект

дисциплина: Теплогенерирующие установки

на тему: Тепловой расчет котла ДЕ16 - 14ГМ

Москва, 2011

Введение

Газомазутный вертикально-водотрубный паровой котел типа ДЕ16 т/ч предназначен для выработки насыщенного и слабоперегретого пара, идущего на технологические нужды промышленных предприятий, в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Топочная камера котла размещается сбоку от конвективного пучка, образованного вертикальными трубками, развальцованными верхнем и нижнем барабанах. Ширина топочной камеры по осям боковых экранных труб - 1790 мм. Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтовой, боковой и задний экраны, образующие топочную камеру. Трубы правого бокового экрана, образующего также пол и потолок топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Трубы фронтового экрана развальцованы в верхнем и нижнем барабанах. Диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000 мм. Расстояние между барабанами по вертикали 2750 мм. Длина цилиндрической части барабанов - 7500 мм. Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днище каждого из них имеются специальные лазы. Материал барабанов для котлов с рабочим давлением 1,36 МПа и 2,36 МПа сталь 16ГС, толщина стенки соответственно 13 и 22 мм. В водяном пространстве верхнего барабана находится питательная труба и труба для ввода фосфатов, в паровом объёме - сепарационные устройства. В нижнем барабане размещаются перфорированные трубы для продувки, устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубки для спуска воды.

Котлы паропроизводительностью 16 т/ч имеет непрерывную продувку из второй ступени испарения (соленый отсек) верхнего барабана и периодическую продувку из нижнего барабана нижнего коллектора заднего экрана в случае его наличия. Котлы ДЕ16-14ГМ выполнены с двухступенчатой схемой испарения. Во вторую ступень испарения при помощи поперечных перегородок в барабанах включена задняя часть правого и левого экранов топки, задний экран и часть конвективного пучка, расположенного в зоне с более высокой температурой газов. Питание второй ступени испарения осуществляется из первой по перепускной трубе диаметром 108 мм, проходящей через поперечную разделительную перегородку верхнего барабана. Контур второй ступени испарения имеет необогреваемые опускные трубы диаметром 159x4,5 мм. Опускным звеном циркуляционных контуров котлов и первой ступени испарения являются последние по ходу газов наименее обогреваемые ряды труб конвективного пучка. Конвективный пучок от топочной камеры отделён газоплотной перегородкой, в задней части которой имеется окно для входа газов в пучок. Перегородка выполнена из вплотную поставленных (S=55 мм.) и сваренных между собой труб диаметром 51 х 2,5 мм. При вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда. Места разводки уплотняются металлическими проставками и шамобетоном. Выход дымовых газов из котлов осуществляется через окно в левой боковой стенке в конце конвективного пучка. Все типоразмеры котлов имеют одинаковую циркуляционную схему. Контур боковых экранов и конвективного пучка замкнуты непосредственно на барабан.

Пароперегреватель вертикальный, дренируемый из двух рядов труб диаметром 51 х 2,5 мм.

Обмуровка фронтовой стены выполнена из шамотного кирпича толщиной 125 мм и нескольких слоев изоляционных плит толщиной 175 мм, общая толщина обмуровки фронтовой стены 300 мм обмуровка задней стены состоит из слоя шамотного кирпича толщиной 65 мм и нескольких слоев изоляционных плит толщиной 200 мм. Общая толщина обмуровки составляет 265 мм. для уменьшения присосов газовый тракт котла снаружи изоляции покрывается металлической листовой обшивкой толщиной 2 мм, которая приварена к обвязочному каркасу.

В качестве хвостовых поверхностей нагрева котлов применяются чугунные экономайзеры из труб ВТИ.

Котлы оборудованы стационарными обдувочными аппаратами, расположенными от них с левой стороны. Для обдувки котлов используется насыщенный или перегретый пар давлением не менее 0,7 МПа.

Каждый котел ДЕ снабжен двумя пружинными предохранительными клапанами, один из которых является контрольным.

Диапазон регулирования нагрузок 20-100% номинальной паропроизводительностью. Допускается работа с нагрузкой 110% номинальной паропроизводительности.

Исходные данные

Паропроизводительностью - 16 т/ч (4,44 кг/с)

Давление - 1,4 МПа (14 атм)

Температура питательной воды - 95°С

Вид топлива - мазут малосернистый.

Температура воздуха на входе в котел -

Теплоемкость воздуха при -

Температура уходящих газов - 200°С

Сухой остаток исходной воды - 400 мг/кг

Процент возврата конденсата - 50 %.

Конструктивные характеристики котельного агрегата ДЕ16-14ГМ:

Объем топки по чертежам

Полная поверхность стен топки по чертежам

Лучевоспринимающая поверхность топки

Диаметр труб конвектива

Шаг труб поперечный

Шаг труб продольный

Средняя высота труб

Ширина газохода

Средняя высота газохода

Число труб в ряду газохода

Число рядов труб газохода

Сечение для прохода газов газохода

Поверхность нагрева пучка

1.
Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

Низшая теплотворная способность жидкого топлива:

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 мі топлива:

Теоретическое количество образующихся продуктов сгорания при сжигании жидкого топлива при коэффициенте избытка воздуха :

Трехатомных газов:

двухатомных газов:

водяных паров:

При коэффициенте избытка воздуха >1

Значение коэффициента избытка воздуха в топке:

Газоход котла:

Экономайзер:

Объём избыточного воздуха в продуктах сгорания по элементам котла составит:

Газоход

Экономайзер

Избыточный объём водяных паров в продуктах сгорания по элементам котла:

Газоход

Экономайзер

Действительный суммарный объём дымовых газов по элементам котла:

Газоход

Экономайзер

Объемная доля трехатомных газов по элементам котла:

Газоход

Экономайзер

Объемная доля водяных паров по элементам котла:

Газоход

Экономайзер

Суммарная объемная доля по элементам котла:

Газоход

Экономайзер

2. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания

где , , , - удельные теплоёмкости соответственно трёхатомных газов, водяных паров, двухатомных газов (азота) и воздуха, ,, их значения приведены таблице.

Энтальпия воздуха на входе в котел:

Энтальпия теоретически необходимого объема воздуха.

Топочная камера:

Газоход котла:

Экономайзер:

Энтальпия теоретически необходимого объема продуктов сгорания.

Топочная камера:

Газоход котла:

Экономайзер:

Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха .

где - энтальпия избыточного воздуха при температуре, соответствующей температуре продуктов сгорания.

Топочная камера:

Газоход котла:

Экономайзер:

3. Расчетный тепловой баланс и расход топлива

Тепловым балансом котельного агрегата называют равенство между поступившей в него теплотой и суммой выработанной полезной теплоты и теплоты, израсходованной на покрытие тепловых потерь. Поступившую в котельный агрегат теплоту называют располагаемой теплотой.

где - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг;

Теплота, внесенная в котельный агрегат воздухом при подогреве его вне агрегата, кДж/кг:

где - коэффициент избытка воздуха;

Теплосодержание теоретически необходимого количества воздуха на входе в котельный агрегат и холодного воздуха, кДж/кг;

Физическая теплота, внесенная топливом, кДж/кг:

где - удельная теплоемкость рабочего топлива, кДж/(кг·К);

Температура топлива, єС, (для мазута принимается в зависимости от его вязкости 90-130 єС:

Теплота, вносимая в агрегат при паровом распыле жидкого топлива, кДж/кг:

где - энтальпия пара, идущего на распыление топлива, кДж/кг.

На котлах серии ДЕ установлены газомазутные горелки типа ГМГм, с паромеханическим распылением с незначительным расходом пара, поэтому величиной можно пренебречь.

Тепловой баланс составляется для котельного агрегата на 1 кг жидкого или 1 м3 газообразного топлива при нормальных условиях.

Уравнение теплового баланса:

где - полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, кДж/кг;

Потеря теплоты с уходящими продуктами горения, кДж/кг:

где - энтальпия уходящих газов, определяемая по h-t диаграмме, при соответствующих значениях коэффициента избытка воздуха за котлом выбранной температуре уходящих газов, кДж/кг;

Энтальпия теоретически необходимого объема холодного воздуха, определяемая при температуре воздуха, поступающей в котел .

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания, кДж/кг;

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания, имеет место только при сжигании твердого топлива;

Потеря теплоты в окружающую среду (от наружного охлаждения), кДж/кг;

Физическая теплота, внесенная топливом при сжигании топлива. Можно не учитывать.

Расчет теплового баланса котельного агрегата.

Энтальпия воздуха на входе в котел при теплоемкости воздуха на входе в котел:

Энтальпия уходящих газов:

Потери тепла с уходящими газами:

Потери тепла от химической теплоты сгорания по нормативному методу:

Потери тепла от механического недожога по нормативному методу:

Потери тепла от потерь в окружающую среду по нормативному методу:

Сумма тепловых потерь:

КПД котла:

Расчет топлива.

Паропроизводительность котла - .

Температура питательной воды на входе в водяной экономайзер:

Энтальпия питательной воды на входе в водяной экономайзер:

Энтальпия пара за котлом:

Полезная мощность котла:

Расход топлива:

Коэффициент сохранения тепла в топке:

4. Поверочный расчет топочной камеры

Поверочный расчет топки котельного агрегата производиться с целью определения параметров, характеризующих тепловые режимы работы топки. Проверяется соответствие температуры продуктов сгорания на выходе из топки условиям эксплуатации.

Температура уходящих газов:

Полная площадь стен топки (суммарная площадь всех поверхностей, ограничивающих объем топочной камеры (экранированных и неэкранированных стен, свода, выходного окна, пола и т.д.)):

Площадь лучевоспринимающей поверхности топки:

Объем топочной камеры:

Степень экранирования топки:

воздух сгорание тепловой котел

Коэффициент загрязнения или закрытия экранов (учитывает снижение тепловосприятия экранов вследствие их загрязнений или закрытия огнеупорной массой их поверхности):

Среднее значение коэффициента тепловой эффективности всей топки:

Параметр поля температур в топке:

Эффективная толщина излучающего слоя:

Полезное тепловыделение в топке:

Теоретическая (адиабатная) температура горения по графику h-t диаграммы:

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания:

где - энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки при принятой температуре сгорания за топкой с последующим уточнением.

Давление в топочной камере (для топок, работающих без наддува) принимается - .

Суммарное парциональное давление трехатомных газов в топке:

Объемная доля водяных паров топки - :

Степень черноты несветящейся части пламени:

где , - содержание углерода и водорода в рабочей массе жидкого топлива;

Коэффициент избытка воздуха в топке.

Коэффициент ослабления светящейся частью газомазутного пламени:

Степень черноты светящейся части пламени:

Степень черноты топки.

где - коэффициент заполнения объема топки светящимся пламенем (зависит от теплового напряжения объема топки и вида сжимаемого топлива, так, для независимо от нагрузки для жидкого топлива. При , для жидкого топлива).

При значении коэффициент :

Так как разница расчетной температуры и предварительно задавшиеся больше 50єС, проводится повторный расчет задавшись полученным расчетным значением.

Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания:

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами:

Коэффициент ослабления лучей несветящейся частью топочной среды:

Степень черноты несветящейся части пламени:

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами:

Коэффициент ослабления светящейся частью газомазутного пламени:

Степень черноты светящейся части пламени:

Степень черноты топки.

где - эффективная степень черноты топки:

Расчетная температура уходящих газов на выходе из топки:

Температура попадает в интервал , считаем её действительной.

Энтальпия продуктов сгорания на выходе из топки -

Тепло, переданное излучением:

Удельная нагрузка лучевоспринимающей поверхности нагрева:

5. Поверочный тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева

Задаемся двумя значениями температур продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха в газоходе котла: :

Теплота, отданная продуктами сгорания:

где - коэффициент сохранения тепла;

присос воздуха в конвективную поверхность нагрева, определяемый как разность коэффициентов избытка воздуха на входе и выходе из неё;

энтальпия присасываемого воздуха в конвективную поверхность, при температуре воздуха ;

Энтальпия продуктов сгорания перед поверхностью нагрева при ;

Энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева, определяемая для двух предварительно принятых температур после конвективной поверхности нагрева:

Температурный напор в газоходе:

где - температура продуктов сгорания перед расчетным газоходом;

- температура охлаждающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре кипения воды при действительном давлении в котле (Приложение 1 - таблица насыщенного водяного пара).

Средняя температура продуктов сгорания в газоходе:

Средняя скорость продуктов сгорания в газоходе:

где - расход топлива;

- действительный суммарный объем дымовых газов в газоходе образующийся при сгорании 1 кг жидкого топлива при соответствующем коэффициенте избытка воздуха;

- площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания при поперечном омывании гладких труб.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к поверхности нагрева:

где - поправка на число рядов труб по ходу продуктов сгорания, определяется при поперечном омывании коридорных пучков по номограмме (Рис.3 «Учебно-методического пособия к выполнению курсовой работы»);

Поправка на компоновку пучка, определяется по номограмме (Рис.3 «Учебно-методического пособия к выполнению курсовой работы»):

Коэффициент, учитывающий влияние изменения физических параметров потока, определяется при поперечном омывании коридорных пучков по номограмме (Рис.3 «Учебно-методического пособия к выполнению курсовой работы»):

при - ,

при - ;

Коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме (Рис.3 «Учебно-методического пособия к выполнению курсовой работы»):

при - ,

при - .

Толщина излучающего слоя для гладкотрубных пучков:

Давление в газоходе (для котлов, работающих без наддува) принимается - .

Суммарная объемная доля трехатомных газов - .

Суммарное парциональное давление трехатомных газов в газоходе:

Коэффициент ослабления трехатомными газами:

Суммарная оптическая толщина:

Степень черноты газового потока:

Температура загрязненной стенки:

где - температура охлаждающей среды, для паровых котлов принимается равной температуре кипения воды при действительном давлении в котле (Приложение 1 - таблица насыщенного водяного пара). и - энтальпия продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева при при

Поставляются котлы ДЕ блоком, включающим верхний и нижний барабаны с внутрибарабанными устройствами, трубную систему экранов и конвективного пучка, опорную раму, изоляцию и обшивку.

Техническая характеристика паровых котлов ДЕ с газомазутными топками

Описание котла ДЕ

Топочная камера котлов ДЕ размещается сбоку от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Основными составными частями котлов ДЕ являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтовой и боковой экраны, образующие топочную камеру.

У котлов паропроизводительностью до 4 т/ч (ДЕ 4 14) диаметр верхнего и нижнего барабанов 700 мм, у остальных - 1000 мм. Расстояние между барабанами соответственно 1700 и 2750 мм (максимально возможное по условиям транспортировки блока по железной дороге). Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах каждого из них имеются лазовые затворы. Изготовляются барабаны для котлов ДЕ с рабочим давлением 1,4 и 2,4 МПа абс из стали 16ГС или 09Г2С и имеют толщину стенки соответственно 13 и 22 мм.

Котлы производительностью 4; 6,5 и 10 т/ч (ДЕ 4, ДЕ 6 5, ДЕ 10) выполнены с одноступенчатой схемой испарения. В котлах производительностью 16 и 25 т/ч (ДЕ 16, ДЕ 25) применено двухступенчатое испарение. Во вторую ступень испарения вынесена задняя часть экранов топки и часть конвективного пучка, расположенная в зоне с более высокой температурой газов. Контуры второй ступени испарения имеют необогреваемую опускную систему.

Пароперегреватель котлов ДЕ производительностью 6,5 и 10 т/ч выполнен змеевиковым из труб. На котлах производительностью 16 и 25 т/ч пароперегреватель - вертикальный, дренируемый из двух рядов труб.

В качестве хвостовых поверхностей нагрева котлов ДЕ применяются стальные или чугунные экономайзеры.

Котлы ДЕ оборудованы системами очистки поверхностей нагрева.

Неподвижными опорами котлов ДЕ 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.

Каждый котел ДЕ снабжен двумя пружинными предохранительными клапанами, один из которых является контрольным. На котлах без пароперегревателя оба клапана устанавливаются на верхнем барабане котла и любой из них может быть выбран как контрольный. На котлах ДЕ с пароперегревателем контрольным клапаном является клапан выходного коллектора перегревателя.

Номинальная паропроизводительность и параметры пара, соответствующие ГОСТ 3619-82, обеспечиваются при температуре питательной воды 100оС при сжигании топлив: природного газа с удельной теплотой сгорания 29300-36000 кДж/кг (7000-8600 ккал/м 3) и мазута марок М40 и М100 по ГОСТ 10588-75.

Диапазон регулирования 20-100% от номинальной паропроизводительности. Допускается кратковременная работа с нагрузкой 110%. Поддержание температуры перегрева у котлов ДЕ с пароперегревателями обеспечивается в диапазоне нагрузок 70-100%.

Котлы ДЕ-4-14ГМ; ДЕ-6,5-14ГМ; ДЕ-10-14ГМ; ДЕ-16-14ГМ; ДЕ-25-14ГМ могут работать в диапазоне давлений 0,7-1,4 МПа. Котлы ДЕ-10-24ГМ; ДЕ-16-24ГМ; ДЕ-25-24ГМ - в диапазоне давлений 1,8-2,4 МПа без изменения паропроизводительности.

В котельных, предназначенных для производства насыщенного пара без предъявления жестких требований к его качеству, паропроизводительность котлов типа ДЕ при пониженном до 0,7 МПа давлении может быть принята такой же, как и при давлении 1,4 МПа.

Для котлов ДЕ пропускная способность предохранительных клапанов соответствует номинальной производительности котла при давлении не ниже 0,8 МПа абс.

Нормы качества питательной воды и пара должны соответствовать требованиям регламентируемым Правилами Госгортехнадзора России.

Средний срок службы котлов ДЕ между капитальными ремонтами при числе часов использования установленной мощности 2500 ч/г - 3 года, средний срок службы до списания - 20 лет.

Котлы ДЕ выпускаются следующих типоразмеров:

ДЕ 4-14 ГМ-О
ДЕ 6,5-14 ГМ-О
ДЕ 10-14 ГМ-О
ДЕ 16-14 ГМ-О
ДЕ 25-14 ГМ-О

Может иметь литеру ГМ- вид топлива- газомазутный
Либо ГМ-О- котел газомазутный в обшивке и изоляции. Котлы паровые ДЕ - это котлы работающие на жидком топливе с боковым расположением барабанов и, как сказано выше, D- образной топкой полностью экранированной. Паропроизводительностью от 4 до 25 тонн пара/в час, давлением 1,4 МПа и температурой перегретого пара 194 `C. Возможна комплектация пароперегревателем. Характеристики котла могут достигать по давлению до 2,4 МПа и температуре до 380 `C. Котлы данной серии имеют возможность перевода в водогрейный режим.
Топочная камера котлов ДЕ размещается сбоку от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтовой и боковой экраны, образующие топочную камеру.
У котлов данной серии диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000 мм. Расстояние между барабанами соответственно 2750 мм (максимально возможное по условиям транспортировки блока по железной дороге). Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах каждого из них имеются лазовые затворы (лазы). Изготовляются барабаны для котлов с рабочим давлением 1,4 и 2,4 МПа из стали 16ГС или 09Г2С и имеют толщину стенки соответственно 14 и 24 мм.
Котлы производительностью 4; 6,5 и 10 т/ч выполнены с одноступенчатой схемой испарения. В котлах производительностью 16 и 25 т/ч применено двухступенчатое испарение. Во вторую ступень испарения вынесена задняя часть экранов топки и часть конвективного пучка, расположенная в зоне с более высокой температурой газов. Контуры второй ступени испарения имеют необогреваемую опускную систему.
Пароперегреватель котлов производительностью 4; 6,5 и 10 т/ч выполнен змеевиком из труб. На котлах производительностью 16 и 25 т/ч пароперегреватель - вертикальный, дренируемый из двух рядов труб.
Расшифровка типоразмера котла. ДЕ 10-14-250 ГМ-О:

10-мощность-10 тонн пара/в час.
14-давление-1,4 МПа.
250-температура перегретого пара-250 `C
ГМ- вид топлива: ГМ- жидкое топливо (газ, мазут и т.д.), О-котел в обшивке и изоляции.

Паровой котел ДЕ-16-14ГМ-О - газомазутный, вертикально-водотрубный паровой котел с естественной циркуляцией, основными элементами которого являются барабан верхний, барабан нижний, а также экранированная топочная камера и конвективный пучок.

Технические характеристики котла ДЕ-16-14ГМ-О

Базовая комплектация в сборе:

Блок котла в сборе в обшивке и изоляции

Лестницы и площадки

Горелка ГМ-10

Дополнительная комплектация:

В котле ДЕ-16-14ГМ-О применяется одноступенчатая система испарения. Вода циркулирует следующим образом: питательная подогретая вода подается в верхний барабан под уровень воды. В нижний барабан вода поступает по экранным трубам. Из нижнего барабана вода поступает в конвективный пучок, под нагревом превращаясь в пароводяную смесь, поднимается в верхний барабан.

Основными составными частями котла ДЕ-16-14ГМ-О являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок и образующие топочную камеру: левый топочный экран, газоплотная перегородка, правый боковой экран, трубы экранирования фронтовой стенки топки и задний экран.

Трубы перегородки и правого бокового экрана, образующего также под и потолок топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Концы труб заднего экрана котла ДЕ-16-14ГМ-О привариваются к верхнему и нижнему коллекторам. Трубы фронтового экрана котла привариваются к коллекторам.

Для сжигания топочного мазута и природного газа на котёл ДЕ-16-14ГМ-О устанавливается газомазутная горелка ГМ-10.

Барабаны котла ДЕ-10-16-14ГМ-О:

Верхний барабан котла ДЕ-16-14ГМ-О

Нижний барабан котла ДЕ-16-14ГМ-О

Лаз котла ДЕ-16-14ГМ-О

Трубная система котла ДЕ-16-14ГМ-О:

Экранные трубы котла ДЕ-16-14ГМ-О

Конвективные (кипятильные) трубы котла ДЕ-16-14ГМ-О

Трубы опускные и перепускные ДЕ-16-14ГМ-О

Коллектор верхний котла ДЕ-16-14ГМ-О

Коллектор нижний котла ДЕ-16-14ГМ-О

Арматура и водоуказательные приборы к котлу ДЕ-16-14ГМ-О

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное Государственное Бюджетное Общеобразовательное Учреждение

Высшего Профессионального Образования

«Магнитогорский Государственный Технический Университет им.Г.И. Носова»

(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)

Кафедра

курсовая Работа

по дисциплине: «Теплогенерирующие установки»

на тему: «Тепловой расчет котла ДЕ-16-14ГМ»

Исполнитель: Пивкин А.А., студент 4 курса, группы СО-12

Руководитель: Трубицына Г.Н., канд. техн. наук., доцент

Работа допущена к защите «»20г.

(подпись)

Работа защищена «»20г. с оценкой

(подпись)

Магнитогорск 2016

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет

Им. Г. И. Носова»

(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)

Кафедра «Теплогазоснабжение, вентиляция и

Водоснабжение, водоотведение»

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Студенту

(фамилия имя отчество)

Исходные данные:

Сроки сдачи: « » 20 г

Руководитель: / /

Задание получил: / /

(подпись) (расшифровка подписи)

Магнитогорск 2016

ЗАДАНИЕ

Необходимо произвести поверочный расчет котельного агрегата типа ДЕ-16 с элементами конструктивного расчета отдельных поверхностей нагрева (водяного экономайзера). Основной целью поверочного расчета является определение основных показателей работы котельного агрегата, а также конструктивных мероприятий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность его эксплуатации при заданных условиях.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Котельный агрегат ДЕ-16-14 ГМ на газовом и жидком топливе, марки ГМ (газо-мазутная горелка), РФ, саратовская обл., природный газ из газопровода Саратов - Горький.

Таблица 1

Конструктивные характеристики парового котла типа ДЕ-16-14 ГМ

Бийского котельного завода

№	Наименование показателя	Значение
	Паропроизводительность,
	Давление пара на выходе из котла, (кгс/см 2)
	Температура пара,
	Температура питательной воды,
	Температура уходящих топочных газов,
	Вид расчетного топлива	Природный газ
	Расход топлива
	Тип топочного устройства	ТЛЗМ
	Площадь поверхности зеркала горения, м 2	6,39
	Объем топочной камеры, м 3	22,5
	Радиационная площадь поверхности нагрева, м 2	30,3
	Площадь поверхности нагрева конвективного пучка, м 2	207,3
	Наружный диаметр труб конвективного пучка, м	0,051
	Поперечный шаг труб, м	0,11
	Продольный шаг труб, м	0,09
	Число рядов труб, шт
	Длина одной трубы водяного экономайзера, м	1,5
	КПД котла брутто,
	Габаритные размеры котла мм: длина ширина высота	8655 5205 6050

Таблица 2

Рабочая масса топлива

УСТРОЙСТВО И РАБОТА КОТЛА ДЕ-16-14 ГМ

2.1.Общий видкотла

Чертеж продольного разреза котла ДЕ-16 приведен в приложении 1.

2.2. Описание

Паровой котёл ДЕ-16-14 ГМ газомазутный вертикально-водотрубный с естественной циркуляцией типа Е (ДЕ) производительностью - 16 тон насыщенного пара (194 °С) в час, используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отоп­ления, вентиляции и горячего водоснабжения. Топочная камера котла ДЕ в виде латинской "D" образованна экранными трубами, размещается с права от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Основными составными частями котла ДЕ-16-14ГМ являются верхний и нижний барабаны, трубная система котла ДЕ состоит из конвективного пучка, заднего фронтового и бокового экрана, образующие топочную камеру котла ДЕ-16-14 ГМ.

Котел ДЕ-16 14 ГМ паропроизводительностью до 16 т/ч с диаметром верхнего и нижнего барабанов - 1000 мм. Расстояние между барабанами соответственно 1700 мм и 2750 мм (максимально возможное по условиям транспортировки блока по железной дороге). Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах каждого из них имеются лазы с затворами (крышка лаза). Изготовляются барабаны для котлов с рабочим давлением 1,4 МПа (абс) из стали 16ГС или 09Г2С и имеют толщину стенки соответственно 13 мм.

Парового котел ДЕ-16 14 ГМ производительностью 16 и 25 т/ч с двухступенчатой схемой испарения. Во вторую ступень испарения вынесена задняя часть экранов топки и часть конвективного пучка, расположенная в зоне с более высокой температурой газов. Контуры второй ступени испарения имеют не обогреваемую опускную систему.

На котлах производительностью 16 и 25 т/ч пароперегреватель - вертикальный, дренируемый из двух рядов труб..

Поставляются котел ДЕ-16-14 ГМ как блоком так и россыпью; верхний и нижний барабаны с внутрибарабанными устройствами, трубную систему экранов и конвективного пучка (в случае необходимости - пароперегреватель), опорную раму, изоляцию и обшивку.

В качестве хвостовых поверхностей нагрева котлов применяются стальные БВЭС или чугунные ЭБ экономайзеры.

Паровой котел ДЕ 16 14 ГМ оборудованы 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.

Котел ДЕ-16-14 ГМ снабжен двумя пружинными предохранительными клапа­нами 17с28нж, один из которых является контроль­ным. На котлах без пароперегревателя оба клапана устанавливаются на верхнем барабане котла и любой из них может быть вы­бран как контрольный. На котлах с пароперегревателем контрольным клапаном яв­ляется клапан выходного коллектора пере­гревателя.

Номинальная паропроизводительность и параметры пара (соответствующие ГОСТ 3619-82) обеспечиваются при 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.

Диапазон регулирования 20-100% от номинальной паропроизводительности. До­пускается кратковременная работа с нагрузкой 110%. Поддержание температуры пере­грева у котлов с пароперегревателями обес­печивается в диапазоне нагрузок 70-100%.

Котёл ДЕ-16-14 ГМ может работать в диапазоне давлений 0,7-1,4 МПа.

В котельных, предназначенных для про­изводства насыщенного пара без предъяв­ления жестких требований к его качеству, паропроизводительность котлов типа Е (ДЕ) при пониженном до 0,7 МПа давлении может быть принята такой же, как и при давлении 1,4 МПа.

Для котла ДЕ-16-14 ГМ пропускная способность предохранительных клапанов 17с28нж соответствует номинальной производительности котла при давлении не ниже 0,8 МПа (абс).

Нормы качества питательной воды и па­ра должны соответствовать требованиям регламентируемым правилами «Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору» России.

Средний срок службы котлов между капитальными ремонтами при числе часов использования установленной мощности 2500 ч/г - 3 года, средний срок службы до списания не менее - 20 лет.

Паровой котел ДЕ-16-14 ГМ, может использоваться в качестве водогрейного (по технической документации предприятия).

2.3.Трубная система котла ДЕ-16-14 ГМ

Конвективные трубы ДЕ-16-14 ГМ и экранные трубы ДЕ-16 14 ГМ изготавливается исключительно из бесшовной котловой трубы диаметром 51 мм толщина стенки 2,5 мм. Поскольку сварной шов может стать концентратором внутренних напряжений и привести к снижению коррозионной стойкости, прочности и даже к разрушению изделия. Производится труба котловая методом холодного или горячего деформирования, что обеспечивает отличный по качеству и долговечности результат. Для конвективной трубы ДЕ-16-14 ГМ и экранной трубы ДЕ-16 14 ГМ применяется ГОСТ 8734-75 или ГОСТ 8731-74 (марки стали: Ст10, Ст15, Ст20, Ст25 и толщиной стенки соответственно от 2,5 до 13 мм). Как правило, конвективные трубы ДЕ-16-14 ГМ и экранные трубы ДЕ-16 14 ГМ эксплуатируется в условиях высоких и сверхкритических параметров пара. В таком случае используется подвид котельного трубопроката: трубы для паровых котлов, они как нельзя лучше удовлетворяют данным условиям. Труба для трубной системы котла ДЕ-16 14 ГМ изготавливаются методом горячей прокатки на непрерывном стане и методом горячего прессования, что обеспечивает отличный результат при любой температуре. Топочная камера котла ДЕ-16 14 ГМ сформирована из экранных труб развальцованных в верхнем и нижнем барабане котла ДЕ-16 14 ГМ в виде латинской буквы "D".

2.4. Барабан котла ДЕ-16

Барабан котла ДЕ-16 рабочее давление 1,4 МПа, изготавливается из стали 16ГС, 09Г2С, стенка толщиной 13 и 22 мм соответственно. Технология изготовления барабанов котла ДЕ-16-14 аналогична первоначально заводской технологии; раскрой листового метала, обработка кромки листа под сварку, прокатка листов вальцами для получения обечаек будущего барабана котла ДЕ-16 14 ГМ, сварка обечаек и донышек под флюсом с применением сварочного автомата, сверление отверстий под котловую трубу ø 51 мм, методом фрезерования с последующей накаткой отверстия, что при вальцовки трубы в барабане при монтаже котла ДЕ-16-14 ГМ, даёт более надёжное соединение при проверки гидравлическим испытанием котла ДЕ-16 14 ГМ. Контроль сварных швов обеспечивается за счёт провидения ультразвуковой диагностики барабана котла ДЕ-16 14 ГМ. Как готовому изделию барабану котла ДЕ-4 присваивается и набивается заводской номер, ставятся клейма с приложением сертификата и разрешения на применение "РОСТЕХНАДЗОРА". Для осмотра барабанов котлов ДЕ и расположенных в них устройств, а также для чистки труб шарошками на задних днищах расположены лазы; у котлов ДЕ-16 и ДЕ-10 с длинным барабаном, имеется ещё лаз на переднем днище верхнего барабана.

На верхней образующей верхнего барабана котла ДЕ-16-14 приварены патрубки для установки предохранительных клапанов, главного парового вентиля или задвижки, вентилей для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды (обдувка).

В водяном пространстве верхнего барабана котла ДЕ-16 находится питательная труба, в паровом объёме барабана - паросепарационное устройство. В нижнем барабане котла ДЕ-16 14 ГМ, размещается перфорированная труба для продувки, устройство для прогрева барабана при растопке (для котлов производительностью от 16 т/ч и выше) и штуцер для спуска воды.

Для наблюдения за уровнем воды в верхнем барабане котла ДЕ-16 устанавливаются два указателя уровня.

На переднем днище верхнего барабана котла ДЕ-16 установлено два штуцера для отбора импульсов уровня воды на автоматику котла.

2.5. Автоматика котла ДЕ-16-14 ГМ

Функции автоматики котла:

1.Измерение и сигнализация: автоматики котла ДЕВ-16 14 ГМ с применением световой и звуковой сигнализации при отклонении технологических параметров от нормы.

2.Розжиг и останов котла: автоматика водогрейного котла ДЕ-16 14 ГМ в автоматическом режиме проводит розжиг и останов котла, без участия обслуживающего персонала, что соответствует требованиям правил ПБ 12-529-03.

3.Регулирование процесса горения: автоматическое регулирование подачи топлива в топку котла в зависимости от температуры воды на выходе из котла;

4.Разряжение: автоматика котла ДЕВ 16 14 ГМ обеспечивает регулирование разрежения в топке котла, соотношения «топливо-воздух» с помощью МЭО либо частотных преобразователей установленных на вентиляторе (ВДН) и дымососе (ДН).

5.Защита: автоматика водогрейного котла ДЕ-16 14 ГМ обеспечивает останов котла в случае изменения заданных технологических параметров:

● при повышение температуры воды на выходе из котла,

● при понижение давления воздуха,

● при отклонение давления газа перед горелкой,

● при уменьшении разрежения в топке котла,

● при отклонение давления воды на выходе из котла,

● при понижении давления топлива перед горелкой,

● при понижении расхода воды через котёл,

● при погасании факела горелки,

● при исчезновении напряжения в цепях защиты,

● при аварийном останове вентилятора и дымососа,

6.Измерение и сигнализация: автоматика котла ДЕВ-16-14 ГМ, обеспечивает измерение и сигнализацию параметров работы котла:

● давление воды на входе в котёл;

● давление воды на выходе в котёл,

● температура воды на входе в котёл,

● температура воды на выходе в котёл,

● давление воздуха перед горелкой,

● разрежения в топке котла,

● расход воды через котёл,

● температура уходящих газов.

7.Управление "Верхний уровень" (опция): при оснащении системы автоматики водогрейного котла ДЕ 16 14 ГМ управлением средствами «верхнего уровня», реализуется;

● представление информации о работе котла на экран монитора компьютера в виде мнемосхем и графиков,

● управление котлом,

● архивирование и регистрация параметров.

В автоматики котла ДЕВ-16-14 ГМ по требованию ПБ 10-574-03, установлен электронный самописец - четырёхканальный «Термодат17М5», фиксирующий первопричину аварии.

Водяной экономайзер

Экономайзеры чугунные

Водяной экономайзер представляет собой трубчатый теплообменник, в котором питательная вода перед поступлением в котел подогревается до температуры 30 – 40 о С ниже температуры кипения, чтобы предотвратить парообразование и гидравлические удары внутри него. Подогрев происходит за счет теплоты уходящих газов, тем самым повышая КПД котельного агрегата.

Модификации

Пример условного обозначения чугунных экономайзеров:

ЭБ1-300И(П) – экономайзерный блок с одной колонкой, площадью поверхности нагрева 300 м 2 и газоимпульсной (И) или паровой (П) очисткой.

Рис 1. Блочный одноколонковый чугунный водяной экономайзер.

А – продольный разрез; Б – поперечный разрез;1 – заслонка; 2 – обдувочное устройство; 3 – чугунные оребрённые трубы; 4 – газоход.

В паровых котлах температура тепловоспринимающей стенки по всему агрегату почти одинакова и немного превышает температуру кипения. По мере повышения давления пара температура стенки повышается, что приводит к повышению температуры уходящих газов. Выпускать в атмосферу газы с такой высокой температурой нерационально. К устройствам, предназначенным решить эту проблему, относятся экономайзеры.

Экономайзеры чугунные блочные применяется в качестве хвостовых поверхностей нагрева паровых стационарных котлов типов ДЕ, КЕ и ДКВР.

Экономайзеры устанавливаются индивидуально на котел или на группу котлов низкого давления (до 2,4 МПа) и малой мощности и могут отключаться от котлов как по газовому, так и по водяному тракту.

Экономайзеры данного типа выполняют из чугунных ребристых труб с фланцами, которые соединяют между собой с помощью чугунных калачей (дуг). Длина оребрённых чугунных труб экономайзера составляет 2 или 3 м, диаметр труб - 76х8 мм, присоединительный фланец квадратный размером 150 х 150 мм. Полная площадь поверхности нагрева трубы, составляет соответственно 2,95; 4,49 м 2 .

Рис. 2. Детали чугунного водяного экономайзера.

А – ребристая труба; Б – соединение труб с помощью калача (дуги).

Число труб в пакете в горизонтальной плоскости определяется исходя из скорости продуктов сгорания, обычно в диапазоне 6-9 м/с; число горизонтальных рядов определяется потребной общей поверхностью нагрева.

Вода движется последовательно по всем трубам снизу вверх, а продукты сгорания проходят через зазоры между ребрами труб сверху вниз. При такой схеме движения воды (подъёмном), обеспечивается лучшее удаление воздушных пузырьков. Для удаления возможных отложений, наружные поверхности экономайзеров периодически при помощи обдувочных аппаратов подвергают обдувке паром (П) или сжатым воздухом (газоимпульсная (И) очистка).

Рис. 5. Движение воды и продуктов сгорания в экономайзере.

Для обеспечения надежной эксплуатации на входе и выходе устанавливают необходимую арматуру - предохранительные клапаны и запорные вентили, термометры, манометр, спускной вентиль, обратный клапан, а в верхней точке экономайзера - вантузы для удаления воздуха.

Рис. 6. Схема включения чугунного экономайзера.

1 – барабан котла;
2 – запорный вентиль;
3 – обратный клапан;
4 – вентиль на сгонной линии; 5 – предохранительный клапан; 6 – вентиль воздушника; 7 – чугунный водяной экономайзер; 8 – дренажный вентиль.

Чугунные экономайзеры поставляют или в виде отдельных деталей со сборкой на месте монтажа, или в виде транспортабельных блоков в облегченной обмуровке с металлической обшивкой.

Экономайзеры ЭБ2-94И(П) – ЭБ2-236И(П) поставляются одним блоком, ЭБ1-300И(П) и ЭБ1-330И(П) – двумя блоками, ЭБ1-646И(П) и ЭБ1-808И(П) – тремя блоками.

Достоинство чугунных экономайзеров: применение чугуна в поверхностях нагрева и соединительных деталях значительно увеличивает срок службы из-за устойчивости его против коррозии, как по внутренней, так и по внешней поверхности.