Расчет котлоагрегата ДКВР 10-23

Введение

 

Котлы ДКВР - двухбарабанные, вертикально-водотрубные с экранированной топочной камерой и развитым конвективным пучком из гнутых труб. Топочная камера котлов производительностью до 10 т/ч включительно разделена кирпичной стенкой на собственно топку и камеру догорания, которая позволяет повысить КПД котла за счет снижения химического недожога. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла асимметричные. Установкой одной шамотной перегородки, отделяющей камеру догорания от пучка и одной чугунной перегородки, образующей два газохода, в пучках создается горизонтальный разворот газов при поперечном омывании труб. Котлы типа ДКВР применяются при работе как на жидком, газообразном, так и на различных видах твердого топлива. Вид используемых топочных устройств вносит определенные коррективы в компоновочные решения.

   Конструктивная схема котлов типа ДКВР паропроизводительностью 2,5, 4, 6,5 и 10 т/ч одинакова независимо от используемого топлива и применяемого топочного устройства (рисунок 1).

1- топочная  камера, 2-кипятильный пучок, 3- кирпичная  стенка, 4- камера догорания, 5-шамотная  перегородка, 6- чугунная перегородка, 7-кипятильные трубы, 8- линии поступления  питательной воды, 9- котельный пучок, 10- опускные трубы, 11- сепаратор влаги, 12- опорная рама, 13- паровые обдувочные  аппараты, 14- устройство для возврата  из газоходов на горящий слой  недогоревшего угля, 15- питательные  трубы, 16- предохранительный клапан, 17- труба для периодической продувки  котла.

 

Перед котельным  пучком котлов производительностью  до 10 т/ч расположена топочная камера, которая для уменьшения потерь с  уносом и химическим недожогом делится кирпичной шамотной перегородкой на две части: собственно топку и камеру догорания. Между первым и вторым рядами труб котельного пучка устанавливается шамотная перегородка, отделяющая кипятильный пучок от камеры догорания. Таким образом, первый ряд труб котельного пучка – задний экран камеры догорания. Внутри котельного пучка чугунная перегородка делит его на первый и второй газоходы. Выход газов из камеры догорания и из котла асимметричен. Вода в трубы фронтовых экранов котлов производительностью до 10 т/ч поступает одновременно из верхнего и нижнего барабанов. В котлах с короткими верхними барабанами применено двухступенчатое испарение и установлены выносные циклоны.

В котлах без пароперегревателей при отсутствии особых требований к качеству пара и содержании котловой воды до 3000мг/л, а также в котлах с пароперегревателем при солесодержании котловой воды до 1500мг/л применяется сепарационное  устройство, состоящее из жалюзи и  дырчатых листов.

На котлах паропроизводительностью 6,5 и 10 т/ч с одноступенчатым испарением, работающих с давлением 1,3 и 2,3 МПа, лазовые затворы устанавливаются также и на передних днищах верхних барабанов. 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. Ввод питательной воды выполнен в верхний барабан, в водяном пространстве которого, она распределяется по питательной трубе. Для непрерывной продувки на верхнем барабане устанавливается штуцер, на котором смонтирована регулирующая и запорная арматура. В нижнем барабане устанавливаются перфорированная труба для периодической продувки и трубы для прогрева котла паром при растопке.

В котлах паропроизводительностью 10 т/ч камеры фронтового и заднего экранов  крепятся кронштейнами к обвязочному  каркасу, камеры боковых экранов  крепятся к специальным опорам. Во всех котлах верхние барабаны не имеют  специальных опор, нагрузка от них  через трубы конвективного пучка  и экранов воспринимается опорами  нижнею барабана и коллекторов.

Котлы типа ДКВР не имеют силового каркаса, в  них применяется обвязочный каркас, который в котлах с облегчённой  обмуровкой используется для крепления  обшивки.

В блочно – транспортабельных котлах паропроизводительностью 10 т/ч на давление 1,3, 2,3, 3,9 МПа с  короткими верхними барабанами применимо  двухступенчатое испарение с  установкой во второй ступени выносных циклов. Применение циклов позволяет уменьшить процент продувки и улучшить качество пара при работе на питательной воде с повышенным солесодержанием. В конвективный пучок вода поступает из верхнего барабана через обогреваемые трубы последних рядов труб самого пучка и через нижний барабан. Вода из выносных циклов поступает в нижние коллекторы экранов, а пар – в верхний барабан, где очищается вместе с паром первой ступени испарения, проходя через жалюзи и (дырчатый) перфорированный лист. Устойчивость работы циркуляционных контуров боковых экранов обеспечивается применением рециркуляционных труб диаметром 51мм. Для всей серии котлов экраны и котельные пучки выполняются из стальных бесшовных труб диаметром 51 мм и толщиной стенки 2,5 мм. Ширина конвективного пучка котлов производительностью 6,5 и 10 т/ч — 2810 мм

 

Техническая характеристика котла ДКВР 10-23 приведена в таблице 1.1

 

Таблица 1.1

 

Величина	Значение
Паропроизводительность, т /ч	10
Рабочее давление,  кг /см2, (МПа)	23
Объем топки, м3	20,4
Диаметр экранных труб, мм	51х2,5
Шаг труб боковых экранов, мм	80
Диаметр труб конвективных пучков, мм	51х2,5
Поперечный шаг труб, мм	110
Продольный шаг труб, мм	100
Шаг труб экранов, мм	130
Площадь живого сечения для прохода  продуктов сгорания	1,28

 

 

 

 

2 Расчет топлива

 

Вид топлива –твердое, марка – Экибастузский СС

      Характеристика топлива:

 

W^P = 7,0%,

А^P = 38,1%,

S^p_o+k= 0,8%,

С^P= 43,4%,

H^P = 2,9%,

N^P = 0,8%,

O^P = 7,0%,

 

Низшая теплота сгорания Q_н^р = 16760кДж/кг.

 

2.1 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

 

При тепловом расчете паровых и водогрейных  котлов определяются теоретические  и действительные объемы воздуха  и продуктов сгорания.

Теоретическое количество сухого воздухаV^o, необходимого для полного сгорания топлива, м³/кг, определяется по формуле:

 

                      V^o=0,0889(С^P+0.375S^p_o+k) +0.265 H^P –0.0333 O^P,                  (2.1)

 

V^o= 0.0889 (43,4 + 0.375· 0,8) + 0,265·2,9– 0,0333·7,0= 4,419м³/кг.

 

Теоретические объёмы продуктов сгорания, полученные при полном сгорании топлива с  теоретически необходимым количеством  воздуха определяются по следующим формулам:

-объем  азота , м³/кг:

= 0,79 V^о + 0,8 _,                                          (2.2)

 

= 0,79 · 4,42 + 0,8 = 3,497, м³/кг;

 

             -объём трёхатомных газов , м³/кг:

 

                     = 0,01866 (С^р  + 0,375 ) ,                                   (2.3)

 

           = 0,01866 (43,4 + 0,375· 0,8) = 0,815, м³/кг;

             - объем водяных паров ,м³/кг:

 

= 0,111 Н^р + 0,0124 W^р,                                        (2.4)

 

= 0,111· 2,9 + 0,0124 · 7,0 + 0,0161· 4,42 = 0,48, м³/кг;

 

Действительный суммарный объем газов: V^o_Г,м³/кг:

 

V^o_Г =V^o_N2 +V^o_RO2+ V^o_H2O,    (2.5)

 

                                    V^o_Г=0.815+3.497+0.48 =4.792 ,м³/кг

 

Результаты расчета приведены в таблице 2.1

  

Таблица 2.1

Объемы продуктов сгорания

 

Наименование величины и расчетная  формула	Размерность	V0=4.419м3/кг;        V0N2=3.497м3/кг; VRO2=0.815 м3/кг;     V0H2O=0.48 м3/кг; АP=38.1 м3/кг.
		Топка	Конвективные пучки		Водяной Экономайзер
			1	2
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева, a”		1,3	1,35	1,45	1,4
Средний коэффициент избытка воздуха  в поверхности нагрева, aср		1,3	1,325	1,387	1,425
Объем водяных паров VH2O=V0H2O+0,0161 (aср–1) V0	м3/м3	0.657	0.504	0.512	0.876
Объем дымовых газов           Vг= VRO2 + V0N2 +(αср-1)V0 + VH2O+  +0,0161 (aср–1) V0	м3/м3	6.117	6.338	6.780	6.559
Объемные доли трехатомных газов rRO2= VRO2  / Vг		0.13	0,12	0,12	0,12
Объемные доли водяных паров rH2O= VH2O / Vг		0,078	0,075	0,070	0,073
Суммарная объемная доля    rп = rRO2+ rH2O		0,21	0,20	0,19	0,19

2.2 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

 

Количество  теплоты, содержащееся в воздухе  или продуктах сгорания, называют теплосодержанием (энтальпией) воздуха  или продуктов сгорания. При выполнении расчетов принято энтальпию воздуха  и продуктов сгорания относить к 1 кг сжигаемого твердого и жидкого  топлива и к 1м³ (при нормальных условиях) газообразного топлива.

Расчет энтальпий продуктов сгорания приведен в таблице 2.2

 

Таблица 2.2

Энтальпия продуктов  сгорания

 

Поверхность нагрева	Температура после поверхности нагрева  С0	Iв0 ,кДж/м3	Iг0 ,кДж/м3	Iизб. кДж/м3	I, кДж/м3	, кДж/ м3
Верх топочной камеры, фестон aт =1,3	2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800	13584.006 12841.614 12099.222 11374.506 10654.209 9929.493 9204.777 8480.061 7777.44 7070.4 6363.36 5678.415 5011.146	16247.386 15354.148 14450.525 13561.705 12677.487 11795.432 10931.197 10052.982 9196.327 8356.658 7519.541 6689.634 5928.562	4075.201 3852.484 3629.766 3412.351 3196.262 2978.847 2761.433 2544.018 2333.232 2121.12 1909.008 1703.524 1503.343	21234.701 20073.14 18841.603 17721.326 16552.79 15411.083 14265.537 13089.765 11964.925 10873.461 9783.773 8708.672 7709.008	912,114 866,508 791,312 717,27 679,041 636,804 572,907 492,765 435,366 395,656 355,224 315,514 277,103
I конвективный пучок aпе = 1.35	1000 900 800 700 600 500	6363.36 5678.415 5011.146 4339.458 3676.608 3031.434	7519.541 6689.634 5928.562 5065.923 4231.678 3514.868	2227.176 1987.445 1753.901 1518.810 1286.812 1061.001	10101.941 8992.593 7959.566 6824.039 5720.866 4741.387	355,224 315,514 277,103 239,306 202,376 165,518
II конвективный пучок a к =1,45	700 600 500 400 300 200	4339.458 3676.608 3031.434 2399.517 1785.276 1179.873	5065.923 4231.678 3514.868 2772.579 2048.649 1463.095	1952.756 1654.473 1364.145 1079.782 803.374 503.942	7257.985 6088.527 5044.531 4091.667 3054.399 2132.555	239,306 202,376 165,518 239,306 202,376 165,518
Водяной Экономайзер aэк =1,4	400 300 200	2399.517 1785.276 1179.873	2772.579 2048.649 1463.095	959.806 714.110 471.949	3862.345 2857.954 1996.089	129,96 95,195 61,045