Тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата ДКВР-4-13

Министерство образования  Республики Беларусь

 

Государственный институт повышения квалификации и  переподготовки кадров в области газоснабжения

«ГАЗ-ИНСТИТУТ»

 

 

Кафедра «Теплоэнергетика и эффективное использование 

топливно-энергетических ресурсов»

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

по дисциплине

“Котельные установки промышленных предприятий”

 

На тему:

“Тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата ДКВР-4-13”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:   Солдатенко А.В.

слушатель гр. 12 ППСВ

 

Проверил:  Сапун Н.Н.

к.т.н., доцент

 

 

 

 

Минск 2011

 

Содержание

 

Введение 

1 Описание конструкции и принципа действия котельного агрегата

1.1 Описание конструкции  котлоагрегата

1.2 Принцип действия  котлоагрегата

2 Исходные данные и технические характеристики котлоагрегата

3 Расчет процесса горения топлива

4 Тепловой баланс котельного агрегата

5 Расчет теплообмена в топочной камере

6 Расчет конвективных  поверхностей нагрева

7 Расчет водяного экономайзера

8 Аэродинамический расчет котельного агрегата

9 Выбор тягодутьевых устройств и питательных насосов

10 Заключение

Список использованных источников

 

 

Введение

 

Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных  для получения пара. Этот комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива через поверхности нагрева к воде. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пара из воды, служит топливо.

Данный курсовой проект рассматривает тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата ДКВР-4-13 и подбор вспомогательного оборудования. По заданной контракции котла, в зависимости от заданной нагрузки и параметров теплоносителя, рассчитывается расход топлива, тепловые потери, КПД котлоагрегата, температуры и скорости газов по ходу их движения.

Рассматривается технологическая  схема котельной установки, в  зависимости от ее назначения, производительности, параметров пара, вида топлива, способа его сжигания и местных условий. В котельных установках, использующих жидкое и газовое топлива, отсутствуют золоулавливающие устройства, оборудование для удаления шлака и золы, значительно упрощаются устройства для хранения (при газовом топливе – отпадают), транспорта и подготовки топлива к сжиганию.

Так оборудование котельной установки  условно разделяют на основное (собственно котел) и вспомогательное. Вспомогательными называют оборудование и устройства для подачи топлива, питательной воды и воздуха, для удаления продуктов сгорания, очистки дымовых газов, удаления золы и шлака, паропроводы, водопроводы и др.

В настоящее время выпускаются  различные конструкции котлов низкого  давления, в том числе с дымогарными  и жаровыми трубами, в которых  продукты сгорания проходят внутри труб, а вода омывает их снаружи, и водотрубные  котлы, в которых испаряемая вода циркулирует в трубах, а продукты сгорания омывают наружную поверхность труб.

Стационарные паровые  котлы ДКВР разработаны ЦКТИ им. Ползунова совместно с Бийским  котельным заводом. Котлы были разработаны  в 40-х годах, а с 50-го года начался  их поточно-серийный выпуск под маркой ДКВ. Впоследствии, в процессе изготовления и эксплуатации, эти котлы подверглись некоторым изменениям (сокращена длина топки, уменьшены шаги труб кипятильного пучка и т. п.) и с 1958 г. выпускаются под маркой ДКВР.

Котлы типа ДКВР применяются при работе как на жидком, газообразном, так и на различных видах твердого топлива.

Характерными для водотрубных  котлов малой паропроизводительнтости  и низкого давления, используемых в промышленности, являются следующие  особенности:

- развитие конвективных испарительных поверхностей нагрева, что определяется меньшим, чем необходимо для испарения воды при низком давлении, тепловосприятием экранов и экономайзера, завершение охлаждения продуктов сгорания в конвективном водяном пучке или в экономайзере, что возможно при низкой температуре питательной воды (80–100ºС) и экономически оправданной повышенной температуре уходящих газов при малой паропроизводительности котлов;

- отсутствие подогрева воздуха,  что упрощает конструкцию котла  и допустимо при слоевом сжигании твердого топлива и факельном сжигании газа и мазута;

- двухбаробанная схема включения  испарительных поверхностей нагрева  и расположение обогреваемых  опускных труб циркуляционного  контура конвективного пучка  в области низких температур  газов;

- отсутствие устройства для регулирования температуры перегрева пара.

Современный котел, как паровой, так  и водогрейный, включается в общую  схему автоматизации котельной  наряду с питательными или циркуляционными  насосами, дымососами, системами водоподготовки и др. Автоматика обеспечивает надежность и безопасность работы котельной, рациональное использование топлива, поддержание требуемой производительности и параметров пара, повышение производительности труда персонала и улучшение условий его работы, и защиту окружающей среды от вредных выбросов.

 

 

1  Описание конструкции и принципа действия котельного агрегата

 

1.1 Описание конструкции  котлоагрегата

 

Условное обозначение  парового котла ДКВР означает - двухбарабанный котел, водотрубный, реконструированный. Первая цифра после наименования котла обозначает паропроизводительность, т/ч, вторая - избыточное давление пара на выходе из котла, кгс/см² - (для котлов с пароперегревателями давление пара за пароперегревателем), третья - температуру перегретого пара, °С.

Данный курсовой проект рассматривает тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата ДКВР-4/13 ГМ (двухбарабанный котел водотрубный реконструированный паропроизводительностью 4 т/ч, рабочим давлением пара 13 кгс/см², газомазутный).

Паровой котел ДКВР–4/13 ГМ (рисунок 1.1) предназначен для получения насыщенного пара давлением 1,3 МПа с температурой 194 °С. Котел с естественной циркуляцией. В качестве топлива используется природный газ. Котел имеет П-образную компоновку и представляет собой две вертикальные призматические шахты, соединенные вверху горизонтальным газоходом.

В топочной камере котла  по всему периметру и вдоль  всей высоты стен располагаются трубные  плоские системы – топочные экраны. Они выполнены из свариваемых  между собой труб, образующих сплошную (газонепроницаемую) оболочку. Газоплотная экранная система покрыта оболочкой из теплоизоляционного материала, которая уменьшает потери теплоты от наружного охлаждения стен агрегата, обеспечивает нормальные санитарно-гигиенические условия в помещении и исключает возможность ожогов персонала.

Топка котла имеет  четыре экрана: два боковых, фронтовой  и задний. Топочная камера в целях  предупреждения затягивания пламени  в конвективный пучок и уменьшения потерь с уходящими дымовыми газами, разделена перегородкой на две части: топку и камеру догорания.

Котел имеет верхний  и нижний барабаны внутренним диаметром 1000 мм на давление 1,3 МПа, изготовленные из стали 16ГС с толщиной стенки 13 мм, расположенные в продольной оси котла. Верхний барабан длиннее нижнего и в него введены все трубы экранов, нижние части этих труб присоединены к коллекторам сваркой. Верхние и нижние части труб кипятильного пучка собраны в верхнем и нижнем барабанах котла и развальцованы. Меньшая по размерам длина нижнего барабана позволяет иметь свободное пространство в топке для размещения любого топочного устройства.

По нижней образующей верхних барабанов всех котлов устанавливаются  две легкоплавкие пробки, предназначенные  для предупреждении перегрева стенок барабана под давлением. Сплав металла, которым заливают пробки, начинает плавиться при упуске воды из барабана и повышении температур его стенки до 280 - 320 °С. Шум пароводяной смеси, выходящей через образующееся в пробке отверстие при расплавлении сплава, является сигналом персоналу для принятия экстренных мер к остановке котла. Завод-изготовитель применяет в легкоплавких пробках сплав следующего состава: свинец С2 или СЗ по ГОСТ 3778-56 – 90%: олово О1 или О2 по ГОСТ 860–60 – 10%. Колебания температуры плавления сплава допускается в пределах 240 – 310 °С.

Ввод питательной воды выполнен в верхний барабан, в  водяном пространстве которого, она  распределяется по питательной трубе. Нижний барабан является шлакоотстойником и оборудован перфорированной трубой для периодической продувки и штуцером для спуска воды.

Внутри кипятильного пучка имеется чугунная перегородка, которая делит его на первый и  второй газоходы.

Для создания циркуляционного  контура в экранах, передний конец  каждого экранного коллектора соединен опускной необогреваемой трубой с верхним барабаном, а задний конец – перепускной трубой с нижним барабаном. Вода поступает в боковые экраны одновременно из верхнего барабана по передним опускным трубам, а из нижнего барабана - по перепускным.

Такая схема питания  боковых экранов повышает надежность работы котла при пониженном уровне воды в верхнем барабане, увеличивает кратность циркуляции.

Гибы труб экранов  и конвективного пучка выполнены  с радиусом 400 мм, при котором механическая очистка внутренней поверхности шарошками не представляет затруднений. Механическая очистка труб конвективного пучка и экранов производится из верхнего барабана. Камеры экранов очищаются через торцевые лючки, устанавливаемые на каждой камере.

Камеры котлов типа ДКВР изготавливаются из труб диаметром 219×8мм для котлов с рабочим давлением 1,3 МПа. Конвективные пучки выполняются с коридорным расположением труб. Камеры, экранные и конвективные трубы котлов типа ДКВР изготавливаются из углеродистой стали марок 10 и 20.

Очистка наружных поверхностей нагрева от загрязнений в котлах осуществляется обдувкой насыщенным или перегретым паром с давлением перед соплами 0,7-1,7 МПа, допускается применять для этих целей сжатый воздух. Для обдувки применяют стационарные обдувочные приборы и переносные, используемые для отчистки экранов и пучков труб от золовых отложений через обдувочные лючки.

Для всей серии котлов экраны и котельные пучки выполняются  из стальных бесшовных труб диаметром 51 мм и толщиной стенки 2,5 мм. Боковые экраны выполнены с шагом 80 мм, в котлах с фронтовым и задним экраном шаг труб принят 130 мм.  В кипятильных пучках трубы расположены в коридорном порядке с шагом 100 мм вдоль оси и 110 мм поперек оси котлов.

Ширина конвективного  пучка котлов производительностью 4 т/ч – 2180 мм.

При сжигании мазута и  газа значительно меньше избытка воздуха, чем при сжигании твердого топлива, поэтому уменьшаются объемы продуктов сгорания, проходящих через котел, что позволяет повысить паропроизводительность котлов на 40—50%. Однако при этом должны быть выполнены условия, препятствующие повышению температуры стенки барабанов. В частности, необходимо обеспечивать тщательную подготовку питательной воды (для снижения накипеобразования) и надежно изолировать обогреваемую поверхность верхних барабанов в топке и камере догорания.

Схема котла представлена на рисунке 1.1.

 

 

Рисунок 1.1 – Схема котла ДКВР-4/13 ГМ

1 – горелочное устройство, 2 – экранные трубы, 3 – верхний  барабан, 4 – манометр, 5 – предохранительные  клапаны, 6 – трубы питательной  воды, 7 – сепаратор пара, 8 – камера  догорания, 9 – кипятильные трубы, 10 – обдувочное устройство, 11 – нижний барабан, 12 – продувочный трубопровод.

 

Для осмотра барабанов  и очистки труб на днищах котла  имеются лазы размером 325 × 400 мм. Для удаления отложений шлама в котле имеются торцевые лючки на нижних камерах экранов,

Для периодической продувки камер имеются штуцеры диаметром 32×3 мм.

Котел комплектуется  питательным экономайзером, газомазутной горелкой, дымососом, дутьевым вентилятором, деаэратором питательной воды.

 

1.2 Принцип действия  котлоагрегата

 

Технологический процесс  в паровом котле – это процесс  сгорания топлива и выработки  пара при нагреве воды.

Природный газ, основную горючую часть которого составляет метан СН₄ (94%), по топливопроводу котла поступает в горелку ГМГ-2М и по мере выхода из нее сгорает в виде факела в топочной камере. Воздух для поддержания процесса горения подается с помощью вентилятора ВД-6. Так как теплота сгорания газа высока и составляет 8500 ккал/м³, то удельная потребность в подаваемом воздухе велика: на 1 м³ газа требуется 9,6 м³ воздуха, а с учетом коэффициента избытка воздуха a = 1,05 - 10 м³.

В результате непрерывного горения топлива в топочной камере образуются нагретые до высокой температуры  газообразные продукты сгорания. Они  омывают снаружи топочные экраны, которые состоят из труб с циркулирующей внутри них водой и пароводяной смеси. Затем продукты сгорания, охлажденные в топочной камере до температуры 980^оС, непрерывно двигаясь по газоходам котла, омывают вначале пучок кипятильных труб, затем экономайзер ЭТ2-106, охлаждаются до температуры 115^оС и дымососом ДН-10 удаляются через дымовую трубу в атмосферу.

Питательная вода предварительно проходит через фильтры механической и химической очистки, а затем  поступает в деаэратор ДС-75, где происходит удаление кислорода О₂ и двуокиси углерода СО₂ из воды за счет ее подогрева паром до температуры 104^оС, что соответствует избыточному давлению в деаэраторе 0,02 ÷ 0,025 МПа. Выделившийся из воды воздух уходит через трубу в верхней части деаэраторной колонки в атмосферу, а очищенная и подогретая вода выливается в бак-аккумулятор, расположенный под колонкой деаэратора, откуда расходуется для питания котла. В верхний барабан котла питательная вода подается по двум питательным линиям после дополнительного подогрева в экономайзере до температуры 91-100^оС. В котле ДКВР-4/13 ГМ имеется три контура естественной циркуляции воды. Первый – контур конвективного пучка: котловая вода из верхнего барабана опускается в нижний барабан по кипятильным трубам конвективного пучка, расположенным во втором газоходе – в области более низких температур топочных газов. Образующаяся пароводяная смесь поднимается в верхний барабан по кипятильным трубам, расположенным в первом газоходе – в области более высоких температур топочных газов. Два других контура составляют левый и правый боковые топочные экраны: котловая вода из верхнего барабана по опускной трубе подводится к нижнему коллектору левого (или правого) бокового экрана; к коллектору также подводится вода из нижнего барабана по перепускным трубам, после чего вода распределяется по коллектору, а образующаяся пароводяная смесь по трубам левого (правого) бокового экрана поднимается в верхний барабан. В верхнем барабане происходит отделение (сепарация) пара от воды. Насыщенный пар затем через главный запорный вентиль по паропроводу котельного агрегата направляется в главный паропровод  котельной. Отделившаяся от пара в барабане котла вода смешивается с питательной водой.