Разработка котельного агрегата ДКВр 20-13

Разработка котельного агрегата ДКВр 20-13

Введение

В данной курсовой работе выполнен поверочно-конструкторский расчет котла ДКВр 20-13 - двухбарабанного котла, вертикально-водотрубного реконструированного.

Для топочной камеры и конвективных котельных пучков выполнен поверочный расчет.

Для водяного экономайзера - конструктивный расчет.

Также разрабатывается проект котельного агрегата с экономайзером.

Исходные данные:

Поверхность нагрева, установленная за котлом - экономайзер

Номинальная паропроизводительность котла - 20 т/ч

Давление пара - 14 атм (ата)

Температура питательной воды (после деаэратора) - 80 ⁰С

Вид топлива - г/д Саратов-Москва

Способ сжигания топлива - в факеле

Температура наружного воздуха (в котельной) - 25 ⁰С

В первой главе производится расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания при α=1. Для этого рассчитывается теоретическое количество воздуха необходимое для полного сгорания топлива и минимальный объем продуктов сгорания, которые получились бы при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха.

Во второй главе приводится описание котла ДКВР 20-13, производится выбор топочного устройства по исходным данным, приводятся расчетные характеристики топки, определение коэффициентов избытка воздуха, рассчитываются энтальпии продуктов сгорания для разных участков, тут же строится J-θ диаграмма продуктов сгорания, производится расчет теплового баланса и расхода топлива, а также тепловой расчет топки, расчет конвективных пучков.

В третьей главе проводится конструктивный расчет водяного экономайзера, находится его поверхность нагрева, число и ряд труб.

В четвертой главе производится определение расчетной невязки теплового баланса.

В пятой главе составляется таблица теплового расчета котельного агрегата.

Описание топлива:

В качестве топлива в котельном агрегате используется природный газ, поступающий из газопровода Саратов-Москва

В качестве газообразного топлива используется природный газ газоконденсатных и газонефтяных месторождений. Природные газы подразделяются на три группы:

.        Газы, добываемые из чисто газовых месторождений. В основном состоят из метана и являются тощими или сухими. Содержание тяжелых углеводородов (от пропана и выше) в сухих газах 50 мг/м³.

.        Газы, которые выделяются из скважин нефтяных месторождений совместно с нефтью. Такие газы называются попутными. Кроме метана также газы содержат обычно свыше 150 мг/м³ тяжелых углеводородов. Они являются жирными газами. Жирными газами называются такие газы, которые представляют собой смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции и газового бензина.

.        Газы, добываемые из конденсатных месторождений. Такие газы состоят из смеси сухого газа и паров конденсата, которые выпадают при сжижении. Пары конденсата представляют собой смесь паров тяжелых углеводородов, содержащих С₅ и выше (бензин, керосин и лигроин).

Природный газ не имеет запаха. До подачи в сеть его одорируют, т.е. придают резкий не приятный запах, который ощущается при 1% концентрации.

Газообразное топливо очищают от примесей.

Природный газ состоит из метана СН₄ (до 98%) и других углеводородов. Теплота сгорания =28000-46000 кДж/м³. Природные газы отличаются малым содержанием балласта, отсутствием серы, окиси углерода и пыли.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащих некоторое количество примесей. К горючим газам относятся углеводороды, водород и оксид углерода. Негорючими компонентами являются азот, диоксид углерода и кислород. Они составляют балласт газообразного топлива.

В сравнении с твердым топливом применение в котельных установках жидкого и газообразного топлива значительно выгоднее т.к. упрощается его транспортировка, хранение и сжигание, а также значительно повышается коэффициент полезного действия котла. При использовании газа автоматизируется производство, и ликвидируются складские помещения.

Расчетные характеристики топлива:

Месторождение - г/д Саратов-Москва

Состав газа по объёму [6]:

CH₄=84,5%

C₂H₆=3,8%

C₃H₈=1,9%

C₄H₁₀=0,9%

С₅Н₁₂ и более=0,3%

N₂=7,8%

CO₂=0,8%

Плотность, кг/м³ (при 0 ⁰С и 760 мм рт. ст.), =0,837 кг/м³

= 8550 ккал/м³ =10215 кДж/кг

1. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания при α=1 (для газообразного топлива)

Теоретическое количество воздуха необходимое для полного сгорания топлива:

Минимальный объем продуктов сгорания, которые получились бы при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (α=1):

,

,

,

,

2. Котел. Описание котла типа ДКВр 20-13

Котельные установки - это теплогенерирующие установки, т.е. целью их работы является получение тепловой энергии сгорания сжигаемого в них топлива и передачи полученной теплоты теплоносителю.

Котельные установки подразделяются по роду вырабатываемого теплоносителя на паровые и водогрейные, а по характеру обслуживания потребителей - на отопительные, отопительно-производственные и производственные. Котельные производственные и отопительные (предназначенные для покрытия отопительных нагрузок) работают определенное количество дней в году, в зависимости от характера производства и длительности отопительного периода.

Проектируемой теплогенерирующей установкой является котельный агрегат ДКВр 20-13.

Котел ДКВр 20-13 (первое число после наименования котла обозначает паропроизводительность, т/ч; второе число - давление пара в барабане котла, кгс/см² ати) - двухбарабанный, вертикально-водотрубный с естественной циркуляцией, реконструированный, бескаркасной конструкции. Он используется для производства насыщенного и перегретого (при установке пароперегревателя) пара давлением 14 и 24 кгс/см².

Котел предназначен для производственно-отопительных и районных котельных. При сжигании газообразного топлива компонуется камерной топкой.

Котельный агрегат ДКВр 20-13 представляет собой два продольно-расположенных барабана, установленных друг над другом, диаметром 1000 мм и сваренных из листовой стали. Поверхность верхнего барабана должна быть хорошо изолирована огнеупорным материалом для обеспечения требуемого срока службы котла.

Котельный агрегат обмурован со всех сторон тяжелыми кирпичными стенами толщиной 510 мм за исключением задней стенки толщиной 380 мм. Котел устанавливается на бетонном основании выше уровня чистого пола.

По боковым стенам обмуровки котельного агрегата вмонтированы люки для осмотра котла изнутри. Штампованное днище нижнего барабана имеет специальные лазы, закрываемые люками. Таким образом, у котла имеются четыре люка для ревизии с правой и с левой сторон (по два на каждую) и один с фронтовой стороны между газовыми горелками. С левой и с задней сторон можно произвести тщательный наружный осмотр котельного агрегата, а также произвести качественную регулировку расхода пара, благодаря смотровым площадкам, закрепленным на металлическом каркасе, который опоясывает обмуровку котла. В данном проекте запроектировано три смотровые площадки, подъем на которые можно осуществить по металлическим лестницам, приваренным к каркасу площадок. В свою очередь все смотровые площадки оборудованы перилами, установленными для предотвращения падения служебного персонала с этих площадок.

В верхней части котельного агрегата установлены два взрывных клапана. При нерасчетном режиме работы котельного агрегата - взрыве, резко возрастает объем дымовых газов. Дымовые газы свободно проходят через крупноячеистую сетку, затем разрушают асбестовую плиту и выходят по направляющей трубе наружу.

На верхнем барабане запроектирована вся необходимая запорно-регулирующая, предохранительная, контрольно-пропускная арматура, а также манометр, измеряющий давление в барабане котлоагрегата. На передней части котла установлены водоуказательные приборы.

На фронтовой части котла установлены три газомазутные горелки типа ГМГм, через которые топливо подается в топку котельного агрегата. Для этого во фронтальной стене обмуровки имеются расширяющиеся отверстия в топку, необходимые для образования факела горения и раскрытия его на необходимый угол.

По боковым сторонам за пределы вынесены трубы, соединенные с верхними и нижними коллекторами и обоими барабанами. Эти трубы - выносные циклоны. Выносные циклоны необходимы для разделения пароводяной смеси соответственно на пар и воду. От выносных циклонов в верхней части котла к верхнему барабану выходят две трубы, по которым движется пар.

С задней стороны в обмуровке имеется отверстие, через которое из конвективной части котла выходят дымовые газы. К этому отверстию возможно присоединение поверхностей нагрева - воздухоподогревателя или экономайзера. По заданию необходимо рассчитать и запроектировать поверхность нагрева - экономайзер, который соединен с котлом с помощью специального короба.

На наружной поверхности обмуровки имеются отверстия, в которые вмонтированы трубы периодической продувки. В нижний барабан дополнительно подведены трубы для прогрева котла паром при растопке.

Котел ДКВр 20-13 состоит из двух продольно-расположенных барабанов, которые соединяются между собой пучком кипятильных (конвективных) труб. Трубы боковых экранов приварены к верхним коллекторам. Нижние концы экранных труб приварены к нижним коллекторам. В нижнем барабане расположены трубы периодической продувки и спускная линия.

Перед кипятильным пучком котлов расположена топочная камера, которая для уменьшения потерь тепла с уносом и химическим недожогом делится кирпичной шамотной перегородкой на две части: собственно топку и камеру догорания. Дымовые газы совершают в котле горизонтально-поперечное с несколькими поворотами движение. Это обеспечивается установкой между кипятильными трубами чугунных перегородок, которые делят их на первый и второй газоходы. Выход газов из камеры догорания и из котла, как правило, асимметричен.

Вода в трубы боковых экранов поступает одновременно из верхнего и нижнего барабанов.

В котлах ДКВр 20-13 применено двухступенчатое испарение. Первая ступень испарения включает конвективный пучок, фронтовой и задний экраны, а также боковые экраны заднего топочного блока. Боковые экраны переднего топочного блока включены во вторую ступень испарения. Сепарационными устройствами второй ступени испарения являются выносные циклоны центробежного типа. Циркуляционные контуры второй ступени испарения замыкаются через выносные циклоны и их опускные трубы; первой ступени испарения - через опускную часть конвективного пучка. Питание циркуляционного контура второй ступени испарения осуществляется из нижнего барабана в выносные циклоны.

Газоходы разделены между собой чугунной перегородкой по всей высоте газохода котла с окном (от фронта котла) справа. Передняя часть нижнего барабана крепится неподвижно, а остальные части котла имеют скользящие опоры, а также реперы, которые контролируют удлинения элементов при температурном расширении.

Топка сформирована экранными трубами, которые образуют соответственно: передний или фронтовой экран, левый боковой экран, правый боковой экран (аналогично левому), задний экран топки.

Барабаны котла, рассчитанные на давление 14 кгс/см², имеют одинаковый внутренний диаметр (1000 мм) при толщине стенок 13 мм. Для осмотра барабанов и расположенных в них устройств, а также для очистки труб шарошками на заднем и переднем днищах имеются лазы. В водяном пространстве верхнего барабана находится питательная труба для непрерывной продувки; в паровом объеме - сепарационные устройства также устанавливается воздушный кран и собственно паропровод, на котором установлен главный парозапорный вентиль. Следует также отметить, что в данной работе запроектирован кран для отвода пара на собственные нужды котельной. В верхнем барабане над топкой установлены две легкоплавкие вставки (смесь олова и свинца), которые плавятся при температуре около 300°С, что приводит к выпуску воды в топку, прекращению горения топлива и предохранению барабана от перегрева. На верхнем барабане установлена арматура: водоуказательные приборы, предохранительные клапаны, термометр, манометр. На всех котлах ДКВР над топкой и газоходом установлены взрывные и предохранительные клапаны. В нижнем барабане установлены перфорированная труба для периодической продувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для спуска воды.

Движение топочных газов осуществляется следующим образом: Топливо и воздух подаются в горелки, а в топке образуется факел горения. Теплота от топочных газов в топке, за счет радиационного и конвективного теплообмена, передается всем экранным трубам (радиационным поверхностям нагрева), где эта теплота за счет теплопроводности металлической стенки и конвективного теплообмена от внутренней поверхности труб передается воде, циркулирующей по экранам. Затем топочные газы с температурой 900-1100 °С выходят из топки и через окно справа в кирпичной перегородке переходят в камеру догорания, огибают кирпичную перегородку с левой стороны и входят в первый газоход, где передают теплоту конвективному пучку труб. С температурой около 600 °С топочные дымовые газы, огибая чугунную перегородку с правой стороны, входят во второй газоход кипятильного пучка труб и с температурой около 200-250 °С, с левой стороны, выходят из котла и направляются в водяной экономайзер.

За котельным агрегатом устанавливается поверхность нагрева - экономайзер. Экономайзер является одной из составных частей котлоагрегата. Так как температура воды в котельном агрегате везде одинакова и растет с увеличением давления, то без установки водяного экономайзера глубокое охлаждение уходящих газов невозможно.

Котел оборудован устройствами и приборами, обеспечивающими безопасную работу котельного агрегата и позволяющими безотказно и быстро производить пуск, остановку и регулирование его работы. За нормальной эксплуатацией котельного агрегата необходимо наблюдать и контролировать происходящие в нем процессы. Для этого применяют различные контрольно-измерительные приборы. Изменение давления в котельном агрегате или отклонение уровня воды в барабане за допустимые пределы может вызвать аварийную ситуацию, связанную с непосредственной опасностью для обслуживающего персонала. Поэтому, согласно правилам, на паровом котле для непосредственного наблюдения и контроля за давлением и уровнем воды в барабане установлены манометр, водоуказательные приборы и предохранительные устройства.

Предохранительная арматура служит для ограничения движения, расхода и направления движения среды. К ней относятся: предохранительные клапаны на питательных линиях, автоматические быстрозапорные клапаны на паропроводах, обратные клапаны. Обратные клапаны пропускают среду только в одном направлении и автоматически закрываются при обратном ее движении. Устанавливают их на входе питательной воды в парогенератор для исключения возможности ее обратного движения из котла при падении давления в питательном трубопроводе. Обратные клапаны устанавливают также на напорных патрубках питательных насосов для предотвращения обратного движении воды при остановке последних.

Питательная вода по питательным трубопроводам 15 поступает в верхний барабан 16, где смешивается с котловой водой. Из верхнего барабана по последним рядам труб конвективного пучка 18 вода опускается в нижний барабан 17, откуда по подпиточным трубам 21 направляется в циклоны 8. Из циклонов по опускным трубам 26 вода подается к нижним камерам 24 боковых экранов 22 второй ступени испарения, пароводяная смесь поднимается в верхние камеры 10 этих экранов, откуда поступает по трубам 9 в выносные циклоны 8, в которых разделяется на пар и воду. Вода по трубам 31 опускается в нижние камеры 20 экранов, отсепарированный пар по перепускным трубам 12 отводится в верхний барабан. Циклоны соединены между собой перепускной трубой 25.

Рис. 1 Общая схема циркуляции воды в котле ДКВР-20-13

1 - вторая ступень испарения; 2 - фронтовой экран; 3 - камера; 4 - непрерывная продувка; 5 - рециркуляционные трубы; 6 - перепускная труба из верхнего коллектора в барабан; 7, 10, 11 - верхние камеры; 8 - выносные циклоны; 9 - перепускные трубы из верхней камеры в выносной циклон; 12 - перепускные трубы из выносного циклона в барабан; 13 - патрубок отвода пара; 14 - сепарационное устройство; 15 - питательные линии; 16 - верхний барабан; 17 - нижний барабан; 18 - конвективный пучок; 19, 20, 23, 24 - нижние камеры; 21 - подпиточные трубы; 22 - боковые экраны; 25 - перепускная труба; 26 - опускные трубы; 27, 29, 30, 31 - перепускные трубы; 28 - пароотводящие трубы.

Экраны первой ступени испарения питаются из нижнего барабана.

В нижние камеры 20 боковых экранов 22 вода поступает по соединительным трубам 30, в нижнюю камеру 19 заднего экрана по другим трубам. Фронтовой экран 2 питается из верхнего барабана - вода поступает в нижнюю камеру 3 по опускным трубам 27.

Пароводяная смесь отводится в верхний барабан из верхних камер 10 боковых экранов первой ступени испарения по пароотводящим трубам 28, из верхней камеры 11 заднего экрана трубами 29, из верхней камеры 7 фронтового экрана трубами 6. Фронтовой экран имеет рециркуляционные трубы 5.

2.1 Топка. Выбор топочного устройства. Описание топочного устройства и топочного объема

Топка - устройство, предназначенное для сжигания топлива с целью получения теплоты. Топка выполняет функцию горения и теплообменного аппарата - теплота излучением и конвекцией одновременно передается от факела горения и продуктов сгорания к экранным поверхностям, по которым циркулирует вода. Доля лучистого теплообмена в топке, где температура топочных газов порядка 1000°С, больше чем конвективного, поэтому, чаще всего, поверхности нагрева в топке называют радиационными.

Топочные устройства в зависимости от способа сжигания делятся на камерные и слоевые. Выбор способа сжигания и типа топочного устройства определяется видом топлива, его реакционными свойствами и физико-химическими свойствами золы, а также производительностью и конструкцией котла.

Топочное устройство должно обеспечивать экономичность работы котла в необходимых пределах регулирования нагрузки, бесшлаковую работу поверхностей нагрева, отсутствие газовой коррозии экранных труб, минимальное содержание окислов азота и сернистых соединений в уходящих газах.

Для сжигания природного газа, мазута и пылевидного твердого топлива обычно используют камерные топки. В конструкции камерной топки можно выделить четыре основных элемента: топочную камеру, экранную поверхность, горелочное устройство и систему удаления шлака и золы.

Обмуровкой называют ограждения, отделяющие топочную камеру и газоходы котельного агрегата от внешней среды. Обмуровку выполняют из красного или диатомового кирпича, огнеупорного материала или из металлических щитов с огнеупорами. Внутренняя часть обмуровки в топке, или футеровка, со стороны топочных газов и шлаков, выполняется из огнеупорных материалов: шамотного кирпича, шамотобетона и других огнеупорных масс. Обмуровка и футеровка должны быть достаточно плотными, особо высокоогнеупорными, стойкими к химическому воздействию шлаков и иметь малый коэффициент теплопроводности. Несмотря на более высокую стоимость шамотного кирпича или другого огнеупорного материала по сравнению с обычным красным кирпичом, все эксплуатационные расходы покроют капитальные, благодаря высоким теплофизическим свойствам, а также высокой стойкостью к продуктам сгорания.

Экранная радиационная поверхность нагрева выполнена из стальных труб. Экраны воспринимают теплоту за счет радиации и конвекции и передают ее воде или пароводяной смеси, циркулирующим по трубам. Экраны защищают обмуровку от мощных тепловых потоков.

В камерных топках котлов паропроизводительностью до 25 т/ч сжигается газообразное топливо и мазут.

Таблица №1. Расчетные характеристики топки

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки принимаем из таблицы «Расчетные характеристики камерной топки» (РН 5-02, РН 5-03[6]).

Коэффициент избытка воздуха для других участков газового тракта получаются путем прибавления к α_т присосов воздуха принимаемых по [6], РН 4-06.

Для выполнения теплового расчета газовый тракт котельного агрегата делят на самостоятельные участки: топочную камеру, конвективные испарительные пучки и экономайзер.

Таблица №2. Средние характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева котла

№              Наименование величин  Размерность       V=9.52нм³/кг

V=7,6 нм³/кгV=1,037 нм³/кг

Энтальпия газов, представляющая собой произведение объема газов на их теплоемкость и температуру, возрастает с повышением температуры.

При вычислении I-θ таблицы рекомендуется для каждого значения коэффициента избытка воздуха α определить величину  лишь в пределах, немного превышающих реально возможные пределы температур в газоходах. Величина  представляет собой разность двух соседних по горизонтали значений  при одном α.

Результаты вычислений сводятся в таблицу 3.

По расчетным данным таблицы 3 строится диаграмма I-θ продуктов сгорания.

Таблица №3. Тепловой баланс и расход топлива

1                Располагаемое тепло топлива     QQ=Q+Q=c_тл·t_тл, при t_тл=0

8                Потеря тепла с уходящими газами             Q₂ q₂           Q₂=(I_ух-_ух·I_хв)·₂=·100 ккал/кг

%711,8

11             Потеря тепла с физическим теплом шлаков            q₆                  q₆=·100=

где: а_шл - по расчетным характеристикам топки;

16             Расчетный расход топлива           В_р           В_р=В·, при сжигании газа и мазута

Таблица №4. Тепловой расчет топки

Коэффициент ослабления лучей в пламени              k             Для светящегося пламени: k=1,6·

Для несветящегося

пламени:

k=k_г·(р+р),

где: k_г - коэффициент ослабления лучей трехатомными газами, определяемый по номограмме IX [6].

Для полусветящегося

пламени:

k=k_г·(p+p)+k_n·µ,

где k_n - коэффициент ослабления лучей золовыми частицами,

определяемый по номограмме Х [6];

Степень черноты топки    а_т                  Для слоевых топок: а_т=

Для камерных топок:

.2 Конвективные пучки. Общее описание конвективных пучков

Èñïàðèòåëüíàÿ ïîâåðõíîñòü íàãðåâà âåðòèêàëüíî-âîäîòðóáíûõ êîòåëüíûõ àãðåãàòîâ ñîñòîÿò èç ðàçâèòîãî ïó÷êà êèïÿòèëüíûõ òðóá âàëüöîâàííûõ â âåðõíèé è íèæíèé áàðàáàíû, òîïî÷íûõ ýêðàíîâ ïèòàåìûõ âîäîé èç êîòåëüíûõ áàðàáàíîâ ÷åðåç îïóñêíûå è ñîåäèíèòåëüíûå òðóáû èç êîëëåêòîðîâ. Êîëëåêòîð âûïîëíåí èç òðóá äèàìåòðîì äî 219 ìì, ýêðàííûå òðóáû ïðèñîåäèíåíû ê íèì ñâàðêîé. Êàê ïðàâèëî, êîòåë ÄÊÂð èìååò òðè öèðêóëÿöèîííûõ êîíòóðà: îäèí, îáðàçóåìûé êèïÿòèëüíûìè òðóáàìè êîòëà, è äâà, îáðàçóåìûå ýêðàíàìè. ×àñòü ïèòàòåëüíîé âîäû, ïîñòóïàþùåé â âåðõíèé áàðàáàí êîòëà ïî ãðóïïå êèïÿòèëüíûõ òðóá, ÿâëÿþùèõñÿ îïóñêíûìè, ïðîõîäèò â íèæíèé áàðàáàí. Çäåñü âîäà ðàçäåëÿåòñÿ íà 3 ïîòîêà: îäèí èç íèõ ïî ãðóïïå êèïÿòèëüíûõ òðóá, ÿâëÿþùèõñÿ ïîäúåìíûìè, âîçâðàùàåòñÿ â âåðõíèé áàðàáàí â âèäå ïàðîâîäÿíîé ñìåñè, à äâà äðóãèõ ïî ñîåäèíèòåëüíûì òðóáàì ïðîõîäÿò â íèæíèå êîëëåêòîðû ýêðàíîâ, çàòåì â ýêðàííûå òðóáû è, íàêîíåö, òàêæå â âèäå ïàðîâîäÿíîé ñìåñè, â âåðõíèé áàðàáàí êîòëà. Äðóãàÿ ÷àñòü ïèòàòåëüíîé âîäû, ïîñòóïàþùåé â êîòåë, èç âåðõíåãî áàðàáàíà ïî îïóñêíûì òðóáàì òàêæå ïîñòóïàåò â êîëëåêòîð.

Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íàäåæíîé ðàáîòû è ðàñ÷åòíîé ïðîèçâîäèòåëüíîñòè êîòåëüíîãî àãðåãàòà áîëüøîå çíà÷åíèå èìååò ïðàâèëüíàÿ îðãàíèçàöèÿ äâèæåíèÿ âîäû â èñïàðèòåëüíûõ ïîâåðõíîñòÿõ íàãðåâà. Íàäåæíàÿ ðàáîòà ìîæåò áûòü îáåñïå÷åíà â òîì ñëó÷àå, êîãäà âîäà, äâèæóùàÿñÿ â êèïÿòèëüíûõ è ýêðàííûõ òðóáàõ ðàáîòàþùèõ ïðè ïîâûøåííîé òåìïåðàòóðå, ñîçäàåò íåîáõîäèìîå îõëàæäåíèå ìåòàëëà ýòèõ òðóá, òàê êàê ñíèæåíèå ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íîñòè ìåòàëëà ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû ìîæåò ïðèâåñòè ê èõ ðàçðóøåíèþ.

Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî åñòåñòâåííàÿ öèðêóëÿöèÿ â êèïÿòèëüíûõ è ýêðàííûõ òðóáàõ ïðîèñõîäèò ïîä äåéñòâèåì ãðàâèòàöèîííûõ ñèë, îáóñëàâëèâàåìûõ ðàçíîñòüþ ïëîòíîñòåé âîäû è ïàðîâîäÿíîé ñìåñè.

Ïðè ðàñ÷åòå èñïîëüçóþòñÿ óðàâíåíèå òåïëîïåðåäà÷è è óðàâíåíèå òåïëîâîãî áàëàíñà, à ðàñ÷åò âûïîëíÿåòñÿ äëÿ 1 ì³ ãàçà ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ.

Òàáëèöà ¹5. Ðàñ÷åò êèïÿòèëüíîãî ïó÷êà

Îáúåìíàÿ äîëÿ âîäÿíûõ ïàðîâ              rr=0,5·(ð´+ð˝),

.       
Îïèñàíèå âîäÿíîãî ýêîíîìàéçåðà

Âîäÿíûå ýêîíîìàéçåðû óñòàíàâëèâàþò äëÿ ñíèæåíèÿ òåìïåðàòóðû óõîäÿùèõ ãàçîâ, à, ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ ïîâûøåíèÿ êîýôôèöèåíòà ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ êîòåëüíîé óñòàíîâêè. ×óãóííûå ýêîíîìàéçåðû èçãîòîâëÿþòñÿ ïî îòðàñëåâûì ñòàíäàðòàì «Ýêîíîìàéçåðû ÷óãóííûå áëî÷íûå» ÃÎÑÒ 24.03.002.

Ýêîíîìàéçåðû áûâàþò èíäèâèäóàëüíûå è ãðóïïîâûå. Êàê ïðàâèëî, óñòàíàâëèâàòü èíäèâèäóàëüíûå ýêîíîìàéçåðû, òàê êàê îíè ðàáîòàþò ðàâíîìåðíî è ñ íàèìåíüøèì èçáûòêîì âîçäóõà.

Âîäÿíûå ýêîíîìàéçåðû èçãîòàâëèâàþòñÿ ÷óãóííûìè è ñòàëüíûìè.

 äàííîé êóðñîâîé ðàáîòå â êà÷åñòâå ïîâåðõíîñòè íàãðåâà çàïðîåêòèðîâàí èíäèâèäóàëüíûé ýêîíîìàéçåð, óñòàíîâëåííîãî çà êîòëîì. Êîìïîíîâêà - îäíîêîëîíêîâûé ýêîíîìàéçåð (íåñêîëüêî ãîðèçîíòàëüíûõ ðÿäîâ òðóá îáðàçóþò ãðóïïû, êîòîðûå êîìïîíóþò â îäíó èëè äâå êîëîíêè). Ãðóïïû â òðåáóåìîì êîëè÷åñòâå ñîáèðàþòñÿ â ïàêåò. Ïàêåò ñîáèðàþò â êàðêàñå ñ ãëóõèìè ñòåíêàìè, ñîñòîÿùèìè èç èçîëÿöèîííûõ ïëèò, îáøèòûõ ìåòàëëè÷åñêèìè ëèñòàìè. Òîðöû ýêîíîìàéçåðîâ çàêðûâàþòñÿ ÷åòûðüìÿ ñú¸ìíûìè ìåòàëëè÷åñêèìè ùèòàìè, çàïðîåêòèðîâàííûìè äëÿ âîçìîæíîñòè êà÷åñòâåííîãî îñìîòðà âíóòðåííåé ÷àñòè ýêîíîìàéçåðà è äëÿ åãî î÷èñòêè.

Ïðîåêòèðóåìûé ýêîíîìàéçåð èìååò ñîáñòâåííûé ôóíäàìåíò èç-çà çíà÷èòåëüíîé ìàññû óñòðîéñòâà. Ôóíäàìåíò ýêîíîìàéçåðà íå ñâÿçàí ñ ôóíäàìåíòîì êîòåëüíîãî àãðåãàòà.

Ýêîíîìàéçåð ñîåäèíåí ñ êîòëîì ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíîãî êîðîáà, íåïîñðåäñòâåííî ïî êîòîðîìó äâèãàþòñÿ äûìîâûå ãàçû.  êîðîáå èìååòñÿ ìÿãêàÿ âñòàâêà äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ïåðåäà÷è âèáðàöèè. Íà âåðõíåé ÷àñòè êîðîáà óñòàíîâëåí âçðûâíîé êëàïàí.

 íèæíåé ÷àñòè èìååòñÿ äûìîõîä, ïî êîòîðîìó îñóùåñòâëÿåòñÿ âûõîä îòðàáîòàííûõ äûìîâûõ ãàçîâ. Âíèçó óñòðîåíû ëþêè äëÿ ÷èñòêè.

Íà âíåøíåé ïîâåðõíîñòè ýêîíîìàéçåðà èìååòñÿ ââîä ïèòàòåëüíîé âîäû â íèæíåì ðÿäó è âûõîä îòåïëåííîé ïèòàòåëüíîé âîäû èç âåðõíåãî ðÿäà.

Ïðèáîðû íà âõîäå ïèòàòåëüíîé âîäû ðàñïîëîæåíû íåïîñðåäñòâåííî ó äûìîõîäà, à ïðèáîðû íà âûõîäå - íà ïèòàòåëüíîì òðóáîïðîâîäå ðÿäîì ñ âåðõíèì áàðàáàíîì êîòëà, íàä çàäíåé ñìîòðîâîé ïëîùàäêîé. Ïðèáîðû çàïðîåêòèðîâàíû òàê, ÷òîáû îáñëóæèâàþùåìó ïåðñîíàëó áûëî óäîáíî îáåñïå÷èòü èõ ðåãóëèðîâêó è ñíèìàòü ïîêàçàíèÿ ñ èçìåðèòåëüíûõ ïðèáîðîâ, à òàêæå âî èçáåæàíèå èõ ïîìåõ ïðè ýêñïëóàòàöèè.

Ïðåäóñìîòðåíà óñòàíîâêà ÷óãóííîãî ýêîíîìàéçåðà, òàê êàê ÷óãóííûå ýêîíîìàéçåðû âîçìîæíî ïðèìåíÿòü ïðè äàâëåíèÿõ äî 23 àòè. ×óãóííûå ýêîíîìàéçåðû íå äîïóñêàþò êèïåíèÿ âîäû â íèõ, ò. ê. ïðè ãèäðàâëè÷åñêîì óäàðå îíè ìîãóò âûéòè èç ñòðîÿ. Òåìïåðàòóðà âîäû íà âûõîäå èç ÷óãóííîãî ýêîíîìàéçåðà íà 20 °Ñ íèæå òåìïåðàòóðû êèïåíèÿ âîäû â áàðàáàíå êîòëà.

×óãóííûå ýêîíîìàéçåðû ñîáèðàþò èç ÷óãóííûõ ðåáðèñòûõ òðóá è ñîåäèíÿþò ÷óãóííûìè êîëåíàìè (äóãàìè è êàëà÷àìè). Ïèòàòåëüíàÿ âîäà äîëæíà ïîñëåäîâàòåëüíî ïðîéòè ïî âñåì òðóáàì ýêîíîìàéçåðà ñíèçó ââåðõ. Òàêîå åå äâèæåíèå íåîáõîäèìî, ò.ê. ïðè íàãðåâàíèè âîäû ïàäàåò ðàñòâîðèìîñòü íàõîäÿùèõñÿ â íåé ãàçîâ, è îíè âûäåëÿþòñÿ èç íåå â âèäå ïóçûðüêîâ, êîòîðûå ïîñòåïåííî ïðîäâèãàþòñÿ ââåðõ, ãäå è óäàëÿþòñÿ ÷åðåç âîçäóøíûé ñáîðíèê. Ñêîðîñòü äâèæåíèÿ âîäû äîëæíà áûòü íå ìåíåå 0,3 ì/ñ, ÷òîáû ëó÷øå ñìûâàòü ïóçûðüêè.

Íà êîíöàõ òðóá ýêîíîìàéçåðà èìåþòñÿ êâàäðàòíûå ïðèëèâû - ôëàíöû, êîòîðûå ïðè ìîíòàæå îáðàçóþò äâå ñïëîøíûå ìåòàëëè÷åñêèå ñòåíêè. Ñòûêè ìåæäó ôëàíöàìè ãåðìåòèçèðóþòñÿ àñáåñòîâûì øíóðîì äëÿ óñòðàíåíèÿ ïðèñîñîâ âîçäóõà. Ñáîêó ñòåíêè ñ äóãàìè è êàëà÷àìè çàêðûâàþòñÿ ñúåìíûìè êðûøêàìè.

Òåìïåðàòóðà âîäû ïðè âõîäå â ýêîíîìàéçåð ïðåâûøàåò òåìïåðàòóðó òî÷êè ðîñû äûìîâûõ ãàçîâ íå ìåíåå ÷åì íà 10 °Ñ. Ýòî íåîáõîäèìî äëÿ òîãî, ÷òîáû èñêëþ÷èòü êîíäåíñàöèþ âîäÿíûõ ïàðîâ, âõîäÿùèõ â ñîñòàâ äûìîâûõ ãàçîâ è îñàæäåíèå âëàãè íà òðóáàõ ýêîíîìàéçåðà.

×óãóííûé ýêîíîìàéçåð ïðîñò è íàä¸æåí â ýêñïëóàòàöèè. Îí óñòîé÷èâ ïðîòèâ êîððîçèè, ïîýòîìó åãî ïðèìåíåíèþ ñëåäóåò îòäàòü ïðåäïî÷òåíèå ïåðåä âîçäóõîïîäîãðåâàòåëÿìè â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ïîäîãðåâ âîçäóõà ÿâëÿåòñÿ íåîáõîäèìûì äëÿ èíòåíñèôèêàöèè ïðîöåññà ãîðåíèÿ èëè äëÿ ïîâûøåíèÿ ÊÏÄ òîïêè.

Ðèñ. 2 Äåòàëè ÷óãóííîãî âîäÿíîãî ýêîíîìàéçåðà ñèñòåìû ÂÒÈ: à - ðåáðèñòàÿ òðóáà; á - ñîåäèíåíèå òðóá.

×óãóííûé ýêîíîìàéçåð ÿâëÿåòñÿ íå ìåíåå íàä¸æíîé ÷àñòüþ àãðåãàòà, ÷åì ñîáñòâåííî êîò¸ë. Îí íå òðåáóþò ÷àñòûõ îñòàíîâîê, ïîýòîìó îí íå èìååò îáâîäíûõ áîðîâîâ, ÿâëÿþùèõñÿ èñòî÷íèêîì çíà÷èòåëüíûõ ïðèñîñîâ âîçäóõà â ãàçîâûé òðàêò.

Öèðêóëÿöèÿ â ýêîíîìàéçåðå ïðîèñõîäèò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Âîäà èç ïèòàòåëüíîé ëèíèè ïîäàåòñÿ â îäíó èç êðàéíèõ íèæíèõ òðóá, à çàòåì ïîñëåäîâàòåëüíî ïðîõîäèò ÷åðåç âñå ýòè êàëà÷è ïî âñåì òðóáàì, ïîñëå ÷åãî ïîñòóïàåò â êîòåë.

Âîäà äâèæåòñÿ ïî òðóáàì ñíèçó ââåðõ. Ãàçû, îìûâàÿ òðóáû ñíàðóæè, äâèæóòñÿ ñâåðõó âíèç. Ïðè òàêîé ñõåìå äâèæåíèÿ (ïðîòèâîòîêå) ãàçîâ è âîäû îáåñïå÷èâàåòñÿ ëó÷øåå óäàëåíèå âûäåëÿåìûõ èç âîäû ïóçûðüêîâ âîçäóõà ñ âíóòðåííåé ñòåíêè òðóáû, à òàêæå óìåíüøàåòñÿ êîëè÷åñòâî çîëû è ñàæè, îñàæäàþùèõñÿ íà íàðóæíîé ïîâåðõíîñòè òðóá. Âîäÿíûå ýêîíîìàéçåðû ñ ðåáðèñòûìè òðóáàìè ñðàâíèòåëüíî áûñòðî çàãðÿçíÿþòñÿ çîëîé è ñàæåé, ïîýòîìó ïåðèîäè÷åñêè íàðóæíûå ïîâåðõíîñòè ýêîíîìàéçåðîâ îáäóâàþòñÿ ïåðåãðåòûì ïàðîì èëè ñæàòûì âîçäóõîì.

Ðèñ. 3 ×óãóííûé ýêîíîìàéçåð ìàðêè ÂÒÈ

 êà÷åñòâå ïðåäîõðàíèòåëüíîãî óñòðîéñòâà ýêîíîìàéçåðà èñïîëüçîâàí âçðûâíîé êëàïàí, êîòîðûé óñòàíàâëèâàåòñÿ íà âåðõíåì êîðîáå ýêîíîìàéçåðà, ïðèñîåäèíåííîãî ê êîòëó. Ïðè íåðàñ÷åòíîì ðåæèìå ðàáîòû êîòåëüíîãî àãðåãàòà - âçðûâå, ðåçêî âîçðàñòàåò îáúåì äûìîâûõ ãàçîâ. Äûìîâûå ãàçû ñâîáîäíî ïðîõîäÿò ÷åðåç êðóïíîÿ÷åèñòóþ ñåòêó, çàòåì ðàçðóøàþò àñáåñòîâóþ ïëèòó è âûõîäÿò ïî íàïðàâëÿþùåé òðóáå íàðóæó.

Íà ýêîíîìàéçåðå óñòàíàâëèâàåòñÿ ñëåäóþùàÿ àðìàòóðà:

à) íà âõîäå - ðåãóëèðóþùèé êëàïàí, îáâîäíàÿ ëèíèÿ ñ âåíòèëåì, çàäâèæêà, îáðàòíûé êëàïàí, âåíòèëü è îáðàòíûé êëàïàí íà äðåíàæå, ìàíîìåòð, òåðìîìåòð, ïðåäîõðàíèòåëüíûé êëàïàí.

á) íà âûõîäå - âåíòèëü äëÿ âûïóñêà âîçäóõà, ìàíîìåòð, ïðåäîõðàíèòåëüíûé êëàïàí, òåðìîìåòð, âàíòóç, âåíòèëü è îáðàòíûé êëàïàí, óñòàíîâëåííûå íåïîñðåäñòâåííî íà âõîäå òðóáîïðîâîäà ïèòàòåëüíîé âîäû â âåðõíèé áàðàáàí êîòëà.

Ê äîñòîèíñòâàì ÷óãóííûõ ýêîíîìàéçåðîâ îòíîñÿòñÿ óñòîé÷èâîñòü ê êîððîçèè èõ âíåøíåé è âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè, à òàêæå ñðàâíèòåëüíî íåáîëüøàÿ ñòîèìîñòü, ÷òî îïðàâäûâàåò èõ ïðèìåíåíèå â êîòåëüíûõ íåáîëüøîé ìîùíîñòè. Íåäîñòàòêàìè ÷óãóííûõ ýêîíîìàéçåðîâ ÿâëÿþòñÿ: ãðîìîçäêîñòü, îñîáåííî ïðè áîëüøèõ ïëîùàäÿõ ïîâåðõíîñòè íàãðåâà, íèçêàÿ òåïëîïåðåäà÷à è áîëüøàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê ãèäðàâëè÷åñêèì óäàðàì, ÷òî íå ïîçâîëÿåò íàãðåâàòü âîäó â íèõ äî êèïåíèÿ.

.1 Ðàñ÷åò âîäÿíîãî ýêîíîìàéçåðà

Òàáëèöà ¹6. Ðàñ÷åò âîäÿíîãî ýêîíîìàéçåðà

4. Îïðåäåëåíèå íåâÿçêè òåïëîâîãî áàëàíñà

Òàáëèöà ¹7. Îïðåäåëåíèå ðàñ÷åòíîé íåâÿçêè òåïëîâîãî áàëàíñà

5. Ñâîäíàÿ òàáëèöà òåïëîâîãî ðàñ÷åòà êîòëîàãðåãàòà

Òàáëèöà ¹98. Ñâîäíàÿ òàáëèöà òåïëîâîãî ðàñ÷åòà êîòëîàãðåãàòà

Çàêëþ÷åíèå

êîòåë âîçäóõ òîïëèâî ýêîíîìàéçåð

 äàííîé êóðñîâîé ðàáîòå áûë ïðîâåäåí ïîâåðî÷íî-êîíñòðóêòîðñêèé ðàñ÷åò êîòåëüíîãî àãðåãàòà è ýêîíîìàéçåðà. Êóðñîâàÿ ðàáîòà âûïîëíåíà ñîãëàñíî çàäàíèþ ñ èñïîëüçîâàíèåì âñåé íåîáõîäèìîé ñïðàâî÷íîé è íîðìàòèâíîé ëèòåðàòóðîé è ìåòîäîâ ðàñ÷åòà. Äëÿ âûïîëíåíèÿ òåïëîâîãî ðàñ÷åòà ãàçîâûé òðàêò êîòëîàãðåãàòà ðàçäåëåí íà ðÿä ñàìîñòîÿòåëüíûõ ó÷àñòêîâ: òîïî÷íóþ êàìåðó, êîíâåêòèâíûå ïó÷êè, ýêîíîìàéçåð.

ÊÏÄ êîòåëüíîãî àãðåãàòà ñîñòàâëÿåò 90,87 %. Ðàñ÷åòíûé ðàñõîä òîïëèâà 1146,2 êã/÷. Òåïëî ïîëåçíî èñïîëüçóåìîå â êîòëîàãðåãàòå 11,714 Ãêàë/÷.

 êà÷åñòâå òîïëèâà â êîòåëüíîì àãðåãàòå èñïîëüçóåòñÿ ïðèðîäíûé ãàç, ïîñòóïàþùèé èç òðåòüåé íèòêè ãàçîïðîâîäà Ñòàâðîïîëü-Ìîñêâà. Òåïëîâûäåëåíèå â òîïêå íà 1 ì² ïîâåðõíîñòè íàãðåâà 196862,4 êêàë/ì²÷. Òåïëî ïåðåäàííîå èçëó÷åíèåì â òîïêå ñîñòàâëÿåò 5529,22 êêàë/êã òîïëèâà.Òåìïåðàòóðà ãàçîâ íà âûõîäå èç òîïêè 1160 °Ñ.

Òåïëîâîñïðèÿòèå êèïÿòèëüíûõ ïó÷êîâ 3830,94 êêàë/êã, ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà ãàçîâ 715 °Ñ. Ïðè ðàñ÷åòå áûëî íàéäåíî òåïëîâîñïðèÿòèå ïîâåðõíîñòè íàãðåâà ïî óðàâíåíèþ òåïëîïåðåäà÷è, è ïî óðàâíåíèþ áàëàíñà, ðàçëè÷èå ìåæäó êîòîðûìè ñîñòàâèëî 1,58%, ÷òî â ïðåäåëàõ íîðìû (<2%).

Ïîâåðõíîñòü íàãðåâà óñòàíîâëåííàÿ çà êîòëîì - ýêîíîìàéçåð èç ÷óãóííûõ ðåáðèñòûõ òðóá äëèíîé òðóá 3000 ìì. Êîëè÷åñòâî ðÿäîâ òðóá â îäíîé êîëîíêå, ïîëó÷åíîå â ðàñ÷åòå, ðàâíî 9; ÷èñëî ðÿäîâ òðóá ïî õîäó ãàçîâ, ïðèíÿòîå ïî êîíñòðóêòèâíûì ñîîáðàæåíèÿì, òàêæå ðàâíî 9. Ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà ãàçîâ çäåñü ñîñòàâëÿåò 245 °Ñ. Òåìïåðàòóðà âîäû íà âõîäå â ýêîíîìàéçåð - 80 °Ñ. Òåìïåðàòóðà âîäû íà âûõîäå èç ýêîíîìàéçåðà - 194,13 °Ñ.

Ïî îïðåäåë¸ííîìó êîëè÷åñòâó ïîëåçíîãî òåïëà, âîñïðèíèìàåìîãî ðàçëè÷íûìè ïîâåðõíîñòÿìè êîòåëüíîãî àãðåãàòà, íàéäåíà òåïëîâàÿ íåâÿçêà δ₁=2,05%. Òàêæå îïðåäåëåíà îòíîñèòåëüíàÿ âåëè÷èíà òåïëîâîé íåâÿçêè ïî ýíòàëüïèè δ₂=2,3%.

Ïî ïîâåðî÷íî-êîíñòðóêòèâíîìó ðàñ÷¸òó ñêîíñòðóèðîâàí âîäÿíîé ýêîíîìàéçåð. Âûïîëíåíà îáâÿçêà êîòëà è ýêîíîìàéçåðà ñ íàíåñåíèåì íåîáõîäèìîé àðìàòóðû (ïðåäîõðàíèòåëüíûå êëàïàíû, âåíòèëè, îáðàòíûå êëàïàíà, ðåãóëèðóþùèå êëàïàíû, çàäâèæêè, âîçäóøíèê, ìàíîìåòð, òåðìîìåòðû, âàíòóç).

Ñïèñîê ëèòåðàòóðû

1.    Ãóñåâ Þ.Ë. Îñíîâû ïðîåêòèðîâàíèÿ êîòåëüíûõ óñòàíîâîê. Èçäàíèå 2, ïåðåðàáîòàííîå è äîïîëíåííîå. Èçäàòåëüñòâî ëèòåðàòóðû ïî ñòðîèòåëüñòâó. Ìîñêâà, 1973. - 248 ñ.

2.      Ù¸ãîëåâ Ì.Ì., Ãóñåâ Þ.Ë., Èâàíîâà Ì.Ñ. Êîòåëüíûå óñòàíîâêè. Èçäàíèå 2, ïðèðàáîòàííîå è äîïîëíåííîå. Èçäàòåëüñòâî ëèòåðàòóðû ïî ñòðîèòåëüñòâó. - Ìîñêâà, 1972.

.        Äåëÿãèí Ã.Í., Ëåáåäåâ Â.È., Ïåðìÿêîâ Á.À. Òåïëîãåíåðèðóþùèå óñòàíîâêè. - Ìîñêâà, Ñòðîéèçäàò, 1986. - 560 ñ.

.        ÑÍèÏ II-35-76. Êîòåëüíûå óñòàíîâêè.

.        Ìåòîäè÷åñêèå óêàçàíèÿ äëÿ ðàñ÷åòà êîòåëüíîãî àãðåãàòà è ýêîíîìàéçåðà. Ê êóðñîâîé ðàáîòå ïî ÒÃÓ äëÿ ñòóäåíòîâ ñïåöèàëüíîñòè 270109 - Òåïëîãàçîñíàáæåíèå è âåíòèëÿöèÿ / Ñîñò.: À.Å. Ëàíöîâ, Ã.Ì. Àõìåðîâà. Êàçàíü, 2007. - 26 ñ.

.        Ðàñ÷åòíûå íîðìàëè, ïðèëîæåíèÿ è íîìîãðàììû ê ïîâåðî÷íî-êîíñòðóêòîðñêîìó è àýðîäèíàìè÷åñêîìó ðàñ÷åòàì êîòåëüíîãî àãðåãàòà è ýêîíîìàéçåðà ê êóðñîâîé ðàáîòå è êóðñîâîìó ïðîåêòó ïî ÒÃÓ äëÿ ñòóäåíòîâ ñïåöèàëüíîñòè 270109. / Ñîñò.: À.Å. Ëàíöîâ, Ã.Ì. Àõìåðîâà. - Êàçàíü, 2009. - 54 ñ.

.        Ýñòåðêèí Ð.È. Êîòåëüíûå óñòàíîâêè. Ýíåðãîàòîìèçäàò. - Ëåíèíãðàä, 1989. - 280 ñ.

Ðàçìåùåíî íà Allbest.ru