Проектирование котельного агрегата ДЕ-4-14ГМ

41

ВВЕДЕНИЕ

тепловой котельный агрегат

Данный курсовой проект рассматривает поверочный тепловой и аэродинамический расчет котельного агрегата 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.

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 (80-100єС) 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 КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Рассматриваемый в курсовом проекте котлоагрегат — паровой котел ДЕ 4-14-ГМ. Первое число после наименования котла обозначает паропроизводительность, т/ч. Второе число — давление пара в барабане котла, ата. Индекс «ГМ» — способность котлоагрегата работать на газе и мазуте.

Котлы серии ДЕ — двухбарабанные, вертикально-водотрубные с экранированной топочной камерой и развитым котельным пучком из гнутых труб. Плотное экранирование топочных камер конвективных газоходов позволило выполнить котел в облегченной обмуровке. Котлоагрегат выполнен по D-образной компоновке. Во всех типоразмерах диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000 мм, а длина цилиндрической части изменятся от 2240 (ДЕ-4) до 7500 мм (ДЕ-25). В переднем и заднем днищах барабанов установлены лазовые затворы для доступа в барабаны при ремонте. Ширина топочной камеры для всех котлоагрегатов серии по осям экранных труб одинакова и составляет 1830 мм. Глубина топочной камеры котлоагрегатов серии ДЕ изменятся от 1980 до 7200 мм. Средняя высота топочной камеры всех котлоагрегатов одинакова и составляет 2600 мм. Топочная камера отделена от конвективного пучка газоплотной перегородкой. Диаметр труб перегородки экранов 51×4 мм. Необходимая газоплотность перегородки обеспечивается приваркой к трубам проставок толщиной 6 мм. Фронтовой и задний экраны вертикальные с верхними и нижними камерами. Боковые экраны ввальцованы в барабаны. Правый боковой экран из гнутых труб переходит в потолочный и подовый. В конце левого газоплотного экрана, отделяющего топочную камеру от котельного пучка может быть выполнен фестон, через который топочные газы поступают в конвективный газоход.

В конвективном газоходе котлоагрегатов ДЕ-4, ДЕ-6,5 и ДЕ-10 движение газов двухходовое с поворотом в горизонтальной плоскости и выходом со стороны задней стенки обмуровки конвективного газохода. В котлоагрегатах ДЕ-4 и ДЕ-6,5 для доступа в топку имеются специальные лазы, а в ДЕ-10, ДЕ-16 и ДЕ-25 проникнуть в топку можно только через отверстия для газомазутных горелок.

Во всех котлоагрегатах серии предусмотрено двухступенчатое испарение. Во вторую ступень испарения выделена часть труб конвективного пучка. Общим опускным звеном всех контуров первой ступени испарения являются последние по ходу продуктов сгорания трубы конвективного пучка. Опускные трубы второй ступени испарения вынесены за пределы газохода.

Питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан. В нижний барабан вода опускается по задним трубам конвективного пучка, передние трубы которого являются испарительными. Кроме того, котловая вода из верхнего барабана поступает по опускным стоякам, вынесенным за пределы обогрева в коллекторы боковых экранов. Пар, отсепарированный в жалюзийном сепараторе в верхнем барабане, направляется в паропровод. Боковые стены котлов закрыты натрубной обмуровкой, состоящей из слоя шамота по сетке и нескольких слоев изоляционных плит, закрытых снаружи металлической обшивкой. Котлы оборудованы системой возврата уноса и острым дутьем.

Рассмотрим общий вид котла ДЕ-4-14ГМ с топочной камерой, предназначенной для сжигания газа и мазута. Паропроизводительность котла 4 т/ч, давление пара 1,4 МПа. Для всех типоразмеров котлов типа ДЕ диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000 мм. Расстояние между барабанами 2700 мм. Ширина топочной камеры по осям экранных труб 1970 мм, высота 1500 мм. Топочная камера отделена от конвективного пучка газоплотной перегородкой из труб 51Ч2.5 мм, сваренных между собой. В задней части перегородки имеется окно для входа газов в конвективный пучок. Трубы 51Ч2.5 мм правого бокового экрана, покрывающие пол и потолок топки, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны и соединяются с ними вальцовкой; трубы заднего экрана крепятся сваркой к верхнему и нижнему коллекторам, соединенных необогреваемой рециркуляционной трубой. Пол топки закрыт слоем огнеупорного кирпича. Конвективный пучок образован коридорно расположенными вертикальными трубами 51Ч2.5мм, ввальцованными в барабаны. Котел имеет в конвективных пучках продольные перегородки, что обеспечивает разворот газов в пучке и выход газов через заднюю стенку котла. Обмуровка боковых стен котла натрубная, толщиной 250 мм, состоит из шамотобетона и изоляционных плит толщиной 100мм, укрепленных на трубах котла. Снаружи обмуровка покрывается металлической обшивкой. Основные теплотехнические и конструктивные размеры котлоагрегата серии ДЕ-4-14ГМ приведены в таблице 1.

Основные теплотехнические и конструктивные размеры I-ого конвективного пучка котлоагрегата серии ДЕ-4-14ГМ приведены в таблице 2.

Основные теплотехнические и конструктивные размеры экономайзера ВТИ приведены в таблице 3.

Таблица 1 — основные теплотехнические и конструктивные размеры котлоагрегата серии ДЕ-4-14ГМ

Таблица 2 — основные теплотехнические и конструктивные размеры I-ого конвективного пучка котлоагрегата серии ДЕ-4-14ГМ

Таблица 3 — основные теплотехнические и конструктивные размеры экономайзера ВТИ

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1.1- исходные данные

Топливо — природный газ.

Месторождение (трубопровод) — Камертау-Магнитогорск.

Теплотворная способность — Q_н^р=36,8 МДж/кг

Плотность газа — =0,858 кг/м³

Таблица 1.2- Состав топлива

3. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ

По заданному виду топлива (природный газ Камертау-Магнитогорск) определяем элементарный состав и другие характеристики данного топлива и заносим их в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 — Характеристика топлива

Теплотворная способность — Q_н^р=36,8 МДж/кг

Плотность газа — =0,858 кг/м³

Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания 1 м³ топлива, м³/м³:

;

.

Теоретический объем водяных паров, м³/м³:

;

.

Теоретический объем азота в продуктах сгорания, м³/м³:

;

.

Теоретический объем трехатомных газов, м³/м³:

;

.

Теоретический объем продуктов сгорания, м³/м³:

;

.

Расчет действительных объемов продуктов сгорания приведен ниже в таблице 2. Принимаем коэффициент избытка воздуха на выходе из топки б_т = б^Ч = 1,1 (табл.2.4, [1]).

Коэффициент избытка воздуха перед каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к б^Ч соответствующих присосов воздуха (табл.3.2, [1]), т.е:

,

Рисунок 2.1 — Схема присосов в котельном агрегате

Таблица 2.2 — Расчет действительных объемов продуктов сгорания

где — средний коэффициент избытка воздуха в газоходе поверхности нагрева;

— действительный объем водяных паров, м³/м³;

— суммарный объём продуктов сгорания, м³/м³;

— объёмная доля трёхатомных газов;

— объёмная доля водяных паров;

— суммарная объёмная доля.

Энтальпия дымовых газов определяется как

,

где — энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания, представляющих собой смесь газов при температуре , определяется как

, кДж/кг

— энтальпии трехатомных газов, азота и водяных паров;

— температура продуктов сгорания;

— коэффициент избытка воздуха после каждой поверхностью нагрева после топочной камеры подсчитывается прибавлением к соответствующих присосов воздуха;

— энтальпия теоретического количества воздуха, необходимого для горения, определяется как , кДж/кг.

Таблица 2.3 — Энтальпии 1 м³ трехатомных газов, азота, водяных паров и воздуха

Таблица 2.4 — Энтальпия дымовых газов.

На основании данных таблицы 2.4 строим Iи-диаграмму.

4. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЛА И РАСХОД ТОПЛИВА

При тепловом расчёте котельного агрегата тепловой баланс составляется для определения к.п.д. брутто и расчётного расхода топлива.

Коэффициентом полезного действия (КПД) парового котла называют отношение полезной теплоты к располагаемой теплоте. Не вся полезная теплота, выработанная агрегатом, направляется к потребителю. Часть выработанной теплоты в виде пара и электрической энергии расходуется на собственные нужды. Так, например, на собственные нужды может расходоваться пар для привода питательных насосов, на обдувку поверхностей нагрева и т.д., а электрическая энергия — для привода дымососа, вентилятора, питателей топлива, мельниц системы пылеприготовления и т. д. Под расходом на собственные нужды понимают расход всех видов энергии, затраченной на производство пара. Поэтому различают КПД агрегата брутто и нетто. Если КПД агрегата определяется по выработанной теплоте, то его называют брутто, а если по отпущенной теплоте — нетто.

Расчет теплового баланса котла и расхода топлива сводится в таблицу 3.1 — тепловой баланс котла и расход топлива.

Таблица 3.1 — Тепловой баланс котла и расход топлива

5. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ТОПОЧНОЙ КАМЕРЕ

Данный раздел проекта предполагает выполнение поверочного расчета топочной камеры. В этом случае известны объем топочной камеры, степень ее экранирования, площадь лучевоспринимающих поверхностей нагрева, конструктивные характеристики экранных и конвективных поверхностей нагрева (диаметр труб, расстояния между осями труб s₁ и между рядами s₂ и т.д. — см. таблицу 2).

В результате расчета определяется температура продуктов сгорания на выходе из топки , удельные тепловые нагрузки топочного объема.

Поверочный расчет однокамерной топки приведен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 — Расчет теплообмена в топочной камере

Так как полученное значение действительной температуры на выходе из топки °С по формуле 27 таблицы 4.1 отличается от принятого значения равного 1170°С менее чем на 100°С, то расчёт топочной камеры считаем законченным.

Рисунок 4.1 — Угловой коэффициент однорядного гладкотрубного экрана.

1 — при расстоянии от стенки ;

2 — при ;

3 — при ;

4 — при ;

5 — без учета излучения обмуровки при .

6. РАСЧЁТ КОНВЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА

Конвективные поверхности нагрева паровых котлов играют важную роль в процессе получения пара, а также использования теплоты продуктов сгорания, покидающих топочную камеру. Эффективность работы конвективных поверхностей нагрева в значительной мере зависит от интенсивности передачи теплоты продуктами сгорания пару.

Продукты сгорания передают теплоту наружной поверхности труб путем конвекции и лучеиспускания. От наружной поверхности труб к внутренней теплота передается через стенку теплопроводностью, а от внутренней поверхности к воде и пару — конвекцией. Таким образом, передача теплоты от продуктов сгорания к воде и пару представляет собой сложный процесс, называемый теплопередачей.

При расчете конвективных поверхностей нагрева используется уравнение теплопередачи и уравнение теплового баланса. Расчет выполняется для 1 м³ газа при нормальных условиях. Для расчета задаются температурой продуктов сгорания после рассчитываемой поверхности нагрева и затем уточняют ее путем последовательных приближений. В связи с этим расчет ведут для двух значений температуры продуктов сгорания после рассчитываемого газохода.

Уравнение теплопередачи:

.

Уравнение теплового баланса:

.

В уравнении теплопередачи коэффициент теплопередачи K является расчетной характеристикой процесса и всецело определяется явлениями конвекции, теплопроводности и теплового излучения. Из уравнения теплопередачи ясно, что количество теплоты, переданное через заданную поверхность нагрева, тем больше, чем больше коэффициент теплопередачи и разность температур продуктов сгорания и нагреваемой жидкости. Очевидно, что поверхности нагрева, расположенные в непосредственной близости от топочной камеры, работают при большей разности температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей теплоту среды. По мере движения продуктов сгорания по газовому тракту температура их уменьшается и хвостовые поверхности нагрева (водяной экономайзер) работают при меньшем перепаде температур продуктов сгорания и нагреваемой среды. Поэтому чем дальше расположена конвективная поверхность нагрева от топочной камеры, тем большие размеры должна она иметь и тем больше металла расходуется на ее изготовление.

При выборе последовательности размещения конвективных поверхностей нагрева в котлоагрегате стремятся так расположить эти поверхности, чтобы разность температуры продуктов сгорания и температуры воспринимающей среды была наибольшей. Например, пароперегреватель располагают сразу после топки или фестона, поскольку температура пара выше температуры воды, а водяной экономайзер — после конвективной поверхности нагрева, потому что температура воды в водяном экономайзере ниже температуры кипения воды в паровом котле.

Уравнение теплового баланса показывает, какое количество теплоты отдают продукты сгорания пару через конвективную поверхность нагрева. Количество теплоты Qб, отданное продуктами сгорания, приравнивается к теплоте, воспринятой паром.

Расчет конвективной поверхности нагрева представлен в таблице 5.1.

Таблица 5.1 — Расчет конвективной поверхности нагрева

Рисунок 5.1 — Графическое определение расчетной температуры продуктов сгорания за пучком.

7. РАСЧЕТ ВОДЯНОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

В промышленных паровых котлах, работающих при давлении пара до 2,5 МПа, чаще всего применяются чугунные водяные экономайзеры, а при большем давлении — стальные.

При этом в котельных агрегатах горизонтальной ориентации производительностью до 25 т/ч, имеющих развитые конвективные поверхности, часто ограничиваются установкой только водяного экономайзера. В котельных агрегатах паропроизводительностью более 25 т/ч вертикальной ориентации с пылеугольными топками после водяного экономайзера всегда устанавливается воздухоподогреватель. Для рассматриваемого котельного агрегата принимаем экономайзер типа ЭП1-94 с трубами системы ВТИ длиной 2 м. Характеристику труб приводится в таблице 6.1.

Таблица 6.1 — Характеристика труб водяного экономайзера ЭП1-94.

Весь тепловой расчет водяного экономайзера сводим в таблицу 9.

Таблица 6.2 — Тепловой расчет водяного экономайзера

8. НЕВЯЗКА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Таблица 7.1 — Расчет невязки теплового баланса

9. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Движение продуктов сгорания и воздуха, рассматриваемое как движение вязких жидкостей, имеет турбулентный характер и происходит при изменяющейся температуре, так как продукты сгорания охлаждаются. При движении продуктов сгорания, обладающих вязкостью, возникают сопротивления, препятствующие движению. На преодоление этих сопротивлений затрачивается часть энергии, которой обладает движущийся поток жидкости. Сопротивления обусловлены силами трения движущегося потока о стенки канала и возрастанием внутреннего трения в потоке при появлении на его пути различных препятствий. Для преодоления сопротивлений движущийся поток должен обладать определенным избыточным напором, который по мере продвижения по тракту будет падать.

Таким образом, при выборе газовоздушного тракта котельной установки серьезное внимание должно уделяться рациональной компоновке и трассировке газовоздухопроводов. Схема газового и воздушного тракта должна быть простой и способствовать повышению надежности и экономичности работы установки. В связи с этим даже в установках малой мощности рекомендуется применять индивидуальную компоновку хвостовых поверхностей нагрева, золоуловителей и тягодутьевых устройств без отводных газоходов и соединительных коллекторов.

Схема и расположение газовоздухопроводов должны выбираться так, чтобы сопротивление тракта было минимальным при оптимальных скоростях потока. Как преимущественные на протяженных прямых участках рекомендуются газовоздухопроводы круглого сечения, так как на их изготовление расходуется меньше металла и изоляции по сравнению с газовоздухопроводами квадратного, и особенно прямоугольного, сечения. Газоходы паровых и водогрейных котлов, работающих на взрывоопасных топливах (торф, мазут, природный газ), не должны иметь участков, в которых возможны отложения несгоревших частиц или сажи, а также застойных, плохо вентилируемых зон. Такими участками чаще всего являются соединительные короба и перемычки, лежащие вне основного потока. При устройстве обходных газоходов, направляющих продукты сгорания мимо поверхности нагрева, золоуловителя или особенно дымососа, рекомендуется последовательная установка двух плотных шиберов на прямых участках с возможно меньшей скоростью потока.

В местах резких поворотов потока для частичного улавливания золы иногда устраивают бункера (например, под хвостовыми поверхностями нагрева). Однако это приводит к усложнению условий эксплуатации и не обеспечивает эффективного улавливания летучей золы. Поэтому установка бункеров под резкими поворотами не рекомендуется.

Целью аэродинамического расчёта котельной установки является выбор необходимых тягодутьевых машин на основе определения тяговой и дутьевой систем и перепада давлений в газовом тракте. Расчет сопротивлений газового тракта паровых котлов производится в соответствии с нормативным методом, разработанным ЦКТИ («Аэродинамический расчет котельных установок», изд. 3-е, Л.: Энергия, 1977/1961).

Расчет, выполненный ниже, учитывает сопротивления конвективного пучка труб, местные сопротивления при движении продуктов сгорания, сопротивление водяного экономайзера. Сопротивления газоходов, дымовой трубы, подводов к дымососу и других местных сопротивлений, а также самотягу дымовой трубы данный расчет не учитывает, в связи с отсутствием исходных данных по компоновке котельной а также сведений о экологических условиях места размещения котельной.

Таблица 8.1 — аэродинамический расчет котельного агрегата

10. ВЫБОР ТЯГОДУТЬЕВЫХ УСТРОЙСТВ

Подбор тягодутьевых устройств

Выбор тягодутьевых устройств осуществляем в зависимости от вида котла, в нашем случае ДЕ 4-14ГМ (табл.8.22 [2]):

Таблица 9.1 — Комплектация вспомогательного оборудования

* — Комплектация по умолчанию (в данном проекте вентилятор не подбирается)

Характеристики вспомогательного оборудования представлены в таблице 9.2 (табл.14.1, 14.4 [2]):

Таблица 9.2 — Характеристики вспомогательного оборудования

Необходимо отметить, что выбор тягодутьевых машин оказывает существенное влияние на мощность и экономичность работы котельной установки. Увеличение сопротивления газового или воздушного тракта по сравнению с расчетными значениями приводит к снижению производительности тягодутьевых машин, т.е. к недостатку тяги или воздуха и уменьшению мощности парового или водогрейного котла, или наоборот — к завышению электрической мощности установленного оборудования, что ведет к перерасходу электроэнергии на котельной в целом.

Таким образом, следует проверить сопоставимость выбранного оборудования (дымососа) с реальными напорными и расходными характеристками.

Поверочный расчет тягодутьевых устройств

Производительностью дымососа называют объем перемещаемых машиной продуктов сгорания в единицу времени. Необходимая расчетная производительность дымососа определяется с учетом условий всасывания, т. е. избыточного давления и температуры перед машиной, и представляет собой действительные объемы продуктов сгорания или воздуха, которые должен перемещать дымосос.

1. Расчетная производительность (м³/ч):

Q_p = в₁ЧVЧ,

где V = B_pЧЧ — расход продуктов сгорания

в₁ — коэффициент запаса по производительности (принимаем в₁ =1,05)

h_б — барометрическое давление в месте установки машины.

В нашем случае: Q_p =1.05Ч0.0771Ч12,96ЧЧЧ3600=5354 м³/ч;

2. Расчетное полное давление, которое должен создавать дымосос, определяется по формуле

H_p= в₂ЧДH_п,

H_p=1.1Ч348,8=383,7 Па

где в₂ — коэффициент запаса по напору (принимаем в₂ =1,1)

ДH_п, — должно также учитывать самотягу дымовой трубы а также дополнительные сопротивления на трения газов при прохождении газового тракта и дымовой трубы (предполагаем, что эти величины самокомпенсируют друг друга)

3. В связи с тем что напорные характеристики машин, приводимые в каталогах, составлены для работы на воздухе при абсолютном давлении 101080 Па, необходимо полное расчетное давление привести к условиям, указанным в каталоге, по формуле:

=534,5 Па.

где с₀ — плотность перемещаемых газов;

t — температура продуктов сгорания перед машиной, °С;

t_хар — температура, для которой составлена приведенная в каталоге напорная характеристика.

4. Выбор дымососа следует производить так, чтобы точка с параметрами Q_p и располагалась на напорной характеристике, приведенной в каталоге, в зоне КПД не меньше 90 % максимального значения.

5. Мощность (кВт), потребляемая дымососом определяется по формуле

где з_э — КПД машины в рабочей точке, определяемый по напорной характеристике, приведенной в каталоге, % .

6. Расчетная мощность электродвигателя (кВт) определяется по потребляемой мощности с коэффициентом запаса в_з = 1,05:

N_дв = NЧв_з=1,2 Ч1,05=1,3 кВт

Электродвигатель выбирается по мощности N_дв из перечня двигателей, рекомендованных заводом изготовителем.

Расчеты показывают, что подобранное ранее оборудование по электрической мощности на порядок превышает требуемые параметры. Такое оборудование в первом приближении неэффективно без применения частотно-регулируемого провода дымососа. Однако затраты на внедрение частотного регулирования могут быть несопоставимо большими, чем эффект полученный за счет экономии электроэнергии. Таким образом, при выборе оборудования, следует выполнять проверку и экономической эффективности вмененных затрат.

11. ВЫБОР ПИТАТЕЛЬНЫХ НАСОСОВ

Питательные устройства являются ответственными элементами котельной установки, обеспечивая безопасность ее эксплуатации. Правила Госпромнадзора предъявляют ряд требований к питательным устройствам.

Питательные устройства должны иметь паспорт завода изготовителя и обеспечивать необходимый расход питательной воды при давлении, соответствующем полному открытию раб. предохранительных клапанов, установленных на паровом котле. Подача воды в паровые котлы, работающие при различном давлении (разница в раб. давлениях более 15 %), должна осуществляться от различных питательных устройств.

Питательные насосы выбираются по производительности и полному напору. В соответствии со СНиП II-35-76 при определении производительности питательных насосов следует учитывать расход на питание всех рабочих паровых котлов, на непрерывную продувку, на пароохладители, РОУ и охладительные установки. При этом число и производительность питательных насосов выбираются с таким расчетом, чтобы в случае остановки наибольшего по производительности насоса оставшиеся обеспечили подачу воды в указанных выше количествах.

Суммарная производительность основных насосов должна быть не менее 110 % для всех рабочих котлов (без учета резервного котла) при их номинальной паропроизводительности с учетом продувки котлов и подачи воды в РОУ, пароохладители и охладительные установки. Суммарная производительность резервных насосов должна обеспечивать 50 % номинальной производительности всех рабочих котлов с учетом продувки, расхода воды на РОУ и пароохладители.

Для питания котлов с давлением пара более 0,17 МПа следует предусматривать насосы с паровым приводом (поршневые бессмазочные или турбонасосы) с использованием отработанного пара, а резервный насос — с электроприводом.

При невозможности использования отработанного пара от насосов с паровым приводом следует предусматривать:

— насосы только с электроприводом — при двух независимых источниках питания электроэнергией;

— насосы с электрическим и паровым приводом — при одном источнике питания электроэнергией.

1. Расчетный напор питательного насоса (Па) определяется по формуле

P_нас=1,1Ч[p_кЧ(1+Дp)+p_эк+p_п.в.д.++p_с.в—

p_д=1.1Ч[1200Ч(1+0,05)+170+0+200+10 +98-0]=1724,8 кПа <=> 175,8 м. вод. ст.

где р_к — избыточное давление в барабане котла, кПа;

Др — запас давления на открытие предохранительных клапанов, принимается равным 5 % номинального давления в барабане котла, Па;

p_эк — сопротивление водяного экономайзера, при учебных расчетах принимается равным 150—200 кПа;

p_п.в.д — сопротивление регенеративных подогревателей высокого давления, при учебных расчетах принимается равным 80 кПа;

— сопротивление питательных трубопроводов от насоса до котла с учетом сопротивления авт. регуляторов питания котла, принимается равным 200 кПа;

— сопротивление всасывающих трубопроводов, при учебных расчетах принимается равным 10 кПа;

p_с.в — давление, создаваемое столбом воды, равным по высоте расстоянию между осью барабана котла и осью деаэратора (принимаем высоту — 10 м.), Па;

p_д — давление в деаэраторе (принимаем деаэратор атмосферного типа), Па;

1,1 — коэффициент запаса.

2. Питательный насос всегда должен быть расположен ниже питательного бака деаэратора.

Минимальный уровень воды в питательном баке по отношению к оси питательного насоса (м) определяется по формуле

H_мин=h_вх+h_вс-p_н+p_д=100+10-8+0=102 кПа <=> 10,4 м. вод. ст.

где h_вх — необходимое давление во входном патрубке насоса, включая скоростной напор, кПа; принимается равным 100 кПа;

h_вс — сопротивление всасывающих трубопроводов, принимается равным 10 кПа;

p_н — давление насыщенных паров воды, соответствующее ее температуре во всасывающем патрубке насоса, определяется по таблицам воды и водяного паров, кПа;

p_д — избыточное давление, под которым вода находится в деаэраторе, кПа.

3. Выбор питательных насосов производится по производительности и полному напору, которые приведены в виде напорных характеристик в каталогах заводов-изготовителей.

Мощность, потребляемая центробежным насосом, кВт,

N===3,0 кВт;

где Q — производительность насоса, м³/ч;

H_p — полный напор, Па;

з_н — КПД насоса по полному напору, берется из напорной характеристики, приведенной в каталоге для рабочего режима насоса, доли;

з_дв — КПД электродвигателя, доли.

Из различных типов насосов, подходящих по производительности и напору в рабочей точке, следует выбрать такой, КПД которого не менее 90 % максимального КПД, приведенного в каталоге.

Из предложенных в литературе [2] подходящего одновременно по производительности и напору насоса подобрать не представляется возможным, поэтому насосное оборудование подобрано из других каталогов.

Приемлемые характеристики имеют насосы центробежные многоступенчатые секционные.

Насосы применяются на насосных станциях городского, промышленного и сельского водоснабжения. Насосы предназначены для подачи воды и других чистых жидкостей, аналогичных ей по вязкости и химической активности, с температурой до +45°С (для ЦНС) и до +105°С (для ЦНСГ) с концентрацией твердых включений до 0,1% и размером твердых частиц до 0,1-0,2 мм. Насосы ЦНСК предназначены для перекачивания кислотной жидкости, насосы ЦНСН — для перекачивания обводненной газонасыщенной и товарной нефти. Насосы типа ЦНСК 300-120…600 и ЦНСК 60-66…330 предназначены для откачки кислотных вод на водоотливе угольных шахт с показателем РН меньше 6,5 (для насоса ЦНСК 60-66…330 РН меньше 7), температурой от 1 до 40°С с содержанием механических примесей не более 0,2% по массе, размером твердых частиц не более 0,2 мм и микротвердостью не более 1,47 ГПа. Насосы ЦНСМ 38-44…220 и ЦНСМ 60-66…330 предназначены для работы в маслянной системе турбогенераторов для подачи масла в уплотняющие подшипники на период пуска, остановки и работы генератора. Насосы ЦНСМ 180-85…425 и ЦНСМ 300-120…600 предназначены для опрессовки масляной системы паровых турбин и для подачи масла в систему регулирования при пуске и остановке турбин. Диапазон рабочей температуры масла для насосов ЦНСМ 38-44…220 и ЦНСМ 60-66…330 от 2 С до 60°С. Масло в насос подается в зависимости от его температуры с подпором для насосов ЦНСМ 38-44…220 и ЦНСМ 60-66…330 от 0,7 до 0,15 кгс/см2 и для насосов ЦНСМ 180-85…425 и ЦНСМ 300-120…600 от 0,5 до 3 кгс/см2.

Перечень насосов приведен в таблице 10.

Принимаем к установке насос ЦНС(Г) 13-175, N=18.5 кВт, n=3000 1/мин

тепловой котельный агрегат

Таблица 10 — насосы центробежные многоступенчатые секционные

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе проведен тепловой и аэродинамический расчеты котельного агрегата ДЕ-4-14ГМ. работающего на природном газе. Расчетная паропроизводительность — 3,9 т/час, давление в барабане — 1,2 МПа.

В тепловом расчете по заданному составу и некоторым характеристикам топлива, проведен материальный баланс процесса горения, определен КПД КА, з_ка=90,4% и расход топлива В_р=0,0771 м³/с.

При расчете топочной камеры, найдена действительная температура продуктов сгорания на выходе из топки и_т=1175?С.

При расчете конвективного пучка определена действительная температура дымовых газов после последнего и_кп=295?С.

После конвективного пучка установлен водяной экономайзер типа ЭП-2-94 с трубами системы ВТИ длиной 2 м и с общим числом труб n=32 шт., температура на выходе из экономайзера — и_эк=150?С. При этом вода подогреется до t_эк=137?С. По окончании теплового расчета котла составлена невязка теплового баланса (1,08%).

В аэродинамическом расчёте котельной установки подобраны необходимые тягодутьевые машины: дымосос марки ДН-9 (14650 м³/час, 1,78 кПа) с электродвигателем 4А-160S-6 (11 кВт).

Также проведен гидравлический расчет котельной установки, при этом подобран питательный насос ЦНС(Г) 13-175, N=18.5 кВт, n=3000 1/мин.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Мигуцкий Е.Г. «Котельные установки промышленных предприятий» Методическое пособие к выполнению курсового проекта — М..:БНТУ, 2007.

2. Роддатис К.Ф. «Справочник по котельным установкам малой производительности» — М.: Энергоатомиздат, 1989.

3. «Тепловой расчёт котельных агрегатов» (нормативный метод) — М.: Энергия, 1978.

4. «Аэродинамический расчёт котельных установок» (нормативный метод) / Под ред. С.И. Мочана. — Л.: Энергия, 1977 (1961).

5. Ривкин С.Л., Александров А.А. «Термодинамические свойства воды и водяного пара» — Л.: Энергия, 1984.

6. Б.М. Хрусталев, В.Н. Романюк, А.П. Несенчук, «Техническая термодинамика», 2 части. — Мн. «Технопринт», 2004.»