Тепловой ( поверочный расчет) котла

Газ сжигается в камерных топках, аналогичным по конструкции топкам для сжигания жидкого топлива. Поэтому  мазут можно сжигать в топках для газа и наоборот.

Топочная камера отделяется от конвективного пучка газоплотной перегородкой, образованной от труб диаметром 51х2,5 мм, установленных вплотную с шагом 55 мм и сваренных между собой. В задней части перегородки выполнено окно для прохода топочных газов в конвективный пучок. Потолок, правая боковая поверхность и под топочной камеры экранированы фасонными трубами диаметром 51х2,5 мм, образующими единый экран, выполненный с шагом труб 55 мм. Концы труб экрана завальцованы в верхний и нижний барабаны. Трубы заднего экрана не имеют обсадных концов и присоединены сваркой к верхнему и нижнему коллекторам диаметром 159х3,5 мм. Коллекторы соединены с верхним и нижним барабанами и объединены не обогреваемой рециркуляционной трубой диаметром 76х3,5 мм. В котлах паропроизводительностью 10 т/ч фронтовой экран выполняется аналогично заднему экрану. Отличие состоит в том, что для обеспечения размещения горелочного устройства и пода, совмещенного со взрывным клапаном, во фронтовом экране соответственно уменьшено количество труб. Во всех котлах под закрыт огнеупорным кирпичом.

Для образования газовоздушной  смеси и создания условий  для ее воспламенения применяют газовые горелки различных конструкций. Наибольшее распространение получили смесительные и инжекционные.

В смесительных горелках воздух подается с помощью вентиляторов. а в инжекционных вследствие подсосов его из помещения, за счет энергии давления газа при прохождении его через сопло горелок.

В инжекционных горелках, работающих при Р = 2,5 МПа, количество подсасываемого воздуха составляет 30 – 70 %, недостающее его количество (вторичный воздух) поступает в топку вследствие разряжения в ней.

В горелках среднего и повышенного  давления 10 – 30 кПа количество подсасываемого первичного воздуха обеспечивает полное горение топлива, поэтому вторичного воздуха не требуется.

Достоинством этих горелок является то, что они просты по конструкции  и обслуживанию, имеют высокую экономичность, отсутствие дутьевых вентиляторов. К недостаткам относится шум, создаваемый при работе, и громоздкость.

Смесительные горелки бывают низкого  давления пара 2 кПа и среднего до 30 кПа. Горелки низкого давления работают надежно и устойчиво, обеспечивая полное сгорание газа при относительно небольшой высоте факела.

В котлах небольшой производительности для сжигания газа часто используют паровые горелки. Они имеют простое устройство.

В отдельных случаях в одной  топке необходимо сжигать газ  и мазут. Для этого используют специальные газомазутные горелки типа ГМГ и МГМГ, которые отличаются по способу распыления мазута: паром – горелки типа ГМГ и воздухом – МГМГ.

 

 

Таблица 3 – Техническая характеристика топочного устройства

Марка горелки	Тепловая мощность, МВт	Давление газа перед  горелкой, МПа	Аэродинамическое сопротивление, кПа	Габаритные размеры
				Длина	Ширина	Высота	Масса, кг
ГМ – 7	8,15	24,5	1,08	1332	885	687	150

 

 

3 ВЫБОР ХВОСТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА

В хвостовых поверхностях котлоагрегата  устанавливаем чугунный водяной  экономайзер.

Чугунный экономайзер  устанавливают на котлах до давления равного 2,4 МПа.

Водяной экономайзер состоит из ребристых чугунных труб, которые соединяются между собой при помощи калачей. Питательная вода последовательно проходит по всем трубам снизу вверх, что обеспечивает удаление воздуха из экономайзера. Продукты сгорания проходят через зазоры между ребрами труб. Число труб в ряду выбирается из условия получения скорости сгорания топлива, в пределах 6-9 м/с, при номинальной паропроизводительности парогенератора.

В чугунных водяных экономайзерах  недопустимо кипение воды. Это  приводит к гидравлическим ударам. Продукты сгорания целесообразно направлять сверху вниз, для создания противоточной схемы движения воды и газа, при которой обеспечивается лучшее условие для теплообмена и минимальная поверхность нагрева экономайзера.

Компоновка поверхности нагрева чугунного экономайзера может производиться в одну или две колонки. При компоновке не рекомендуется принимать к установке в одном ряду менее трех и более восьми труб.

 

4 ВЫБОР ТЕМПЕРАТУРЫ УХОДЯЩИХ ГАЗОВ

В практических условиях не всегда можно  выбрать наивыгоднейшую температуру уходящих газов на основе сопоставления различных вариантов. Тогда остается лишь единственный путь – задаваться этой температурой на основе опыта и существующих в тот или иной период рекомендаций.

Некоторые соображения  по выбору температуры уходящих газов следующие:

 – все котлы паропроизводительностью от 2,5 т/ч и выше (или соответственно теплопроизводительностью 1,5 Гкал/ч и выше)при температуре уходящих газов выше 250 °С должны быть оборудованы хвостовыми поверхностями;

 – устанавливать хвостовые поверхности с чугунными котлами теплопроизводительностью менее 1 Гкал/ч нецелесообразно, а температуру уходящих газов следует принимать по практическим или рекомендуемым заводами-изготовителями данным;

 – для котлов паропроизводительностью до D = 50 т/ч (соответственно теплопроизводительностью Q = 30 Гкал/ч), оборудуемых водяными экономайзерами, температуру уходящих газов рекомендуется принимать в зависимости от оптимального значения разности между температурами газов на выходе и воды на входе в экономайзер (∆t_х.к разность температур «холодного конца»).

Оптимальные значения ∆t_х.к составляют для котельных: с произведением годового числа часов использования на стоимость 1 т условного топлива (в руб.) более 25000∆t_х.к = 30 ÷ 50 °С; с произведением годового числа часов использования на стоимость 1 т условного топлива (в руб.) 25000 – 10000 ∆t_х.к = 60 ÷ 80 °С. Температуру уходящих газов при установке воздухоподогревателей выбирают исходя из оптимальной величины разности между температурой газов на входе и воздуха на выходе из воздухоподогревателей (∆t_г.к – разность температур «горячего конца»).

Оптимальные значения ∆t_г.к составляют для котельных: с произведением годового числа часов использования на стоимость 1 т условного топлива (в руб.) более 25000 ∆t_г.к = 35 ÷ 70 °С; с произведением годового числа часов использования на стоимость 1 т условного топлива (в руб.) 25000 – 10000 ∆t_г.к = 70 ÷ 140 °С.

Во всяком случае температура уходящих газов за хвостовыми поверхностями  не должна быть ниже: для сухого малозольного топлива – 120 °С; остальных видов топлива – 140 °С; сернистого мазута – 160 °С.

Однако приведенные температуры  уходящих газов могут быть приняты  без последующей проверки, если в качестве хвостовых поверхностей устанавливают либо водяные экономайзеры кипящего типа, либо теплофикационные водяные экономайзеры, подогревающие сетевую воду. Если устанавливают водяные экономайзеры на питательной воде и некипящего типа или воздухоподогреватели, требуется дополнительная проверка.

При установке водяных экономайзеров некипящего типа, подогревающих питательную воду, необходимо обеспечить ее закипание, т. е. соблюдать условие

 

t"_э = t_н – (40 или 20°),              (1)

 

где t"_э – температура воды на выходе из экономайзера, °С;

t_н – температура насыщенного пара, соответствующая давлению в котле, °С.

Для последующих расчетов принимаем  температуру уходящих газов 150 °С.

 

5 РАСЧЕТ ОБЪЕМОВ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Определяем теоретический объем  воздуха, м³/м³, необходимый для полного сгорания топлива, т. е. при α = 1

 

                                         (2)

где СО, H₂, H₂S, O₂ – соответственно содержание окиси углерода, водорода, сероводорода и            

кислорода в рабочем составе топлива;

C_mH_n – содержание углеводородов;

 m, n – индексы углерода и водорода.

V₀ = 9.72 м³/м³.

Определяем объем трехатомных  газов в составе продуктов  сгорания.

Определяем объемы трехатомных  газов, м³/м³, по формуле

 

            (3)

 

где СО₂ – содержание двуокиси углерода, %.

V_RO2 = 0,01^.(0,2+0+01^.95,4+2^.2,6+3^.0,3+4^.0,2+5^.0,2) ,

V_RO2 = 1,035м³/м³.

Определяем объем двухатомных  газов, м³/м³, по формуле

 

                                    (4)

V_R = 0,79^.9,72+0,1^.1,1,

V_R = 7,79м³/м³.

Определяем объем водяных паров, м³/м³, по формуле

 

           (5)

 

где d_Г = 10 – влагосодержание топлива, г/м³.

=

= 2,19м³/м³.

Определяем объем продуктов  сгорания в характерных точках газового тракта.

Для парового котла типа ДЕ характерными точками газового тракта являются:

• топка;
• первый газоход;
• второй газоход;
• экономайзер.

Чтобы определить объем продуктов сгорания в характерных точках газового тракта, определяем коэффициенты избытка воздуха по газоходам котла и в экономайзере с учетом присосов холодного воздуха. Присосы холодного воздуха (внутренний воздух в помещении котельной при температуре 30 °С) возникают за счет разности давлений в газоходах котла (разряжение) и в окружающей среде, а также воздух может проникать через неплотности кладки обмуровки котла. При этом величина присоса растет по мере продвижения продуктов сгорания от топки до дымовой трубы.

Принимаем коэффициент избытка  воздуха для топки α_т = 1,1.

Величину присоса воздуха принимаем:

∆α_1г = 0,05 (для первого газохода);

∆α_2г = 0,1 (для второго газохода);

∆α_эк = 0,1 (для экономайзера) и определяем значения коэффициента избытка воздуха в характерных точках газового тракта по формуле

 

               (6)

               (7)

.               (8)

 

α _1Г = 1,1+0,05 = 1,15,

α _2Г = 1,15+0,1 = 1,25,

α _эк = 1,25+0,1 = 1,35.

Определяем объем избыточного  воздуха для характерных точек  газового тракта, м³/м³, по формуле

 

,               (9)

,              (10)

,               (11)

,             (12)

 

∆V_Т = 9,72·(1,1-1) = 0,972 м³/м³,

∆V_1Г = 9,72·(1,15-1) = 1,458 м³/м³,

∆V_2Г = 9,52·(1,25-1) = 2,43 м³/м³,

∆V_эк = 9,52·(1,35-1) = 3,402 м³/м³.

Определяем действительный объем  водяных паров, м³/м³, по формуле

 

,            (13)

,            (14)

,            (15)

,            (16)

 

2,19+0,0161·(1,1-1)·9,72 = 2,205 м³/м³,

= 2,19+0,0161·(1,15-1)·9,72 = 2,213м³/м³,

= 2,19+0,0161·(1,25-1)·9,72 = 2,229м³/м³,

= 2,19+0,0161·(1,35-1)·9,72 = 2,244м³/м³.

 

Определяем действительный общий объем продуктов сгорания, м³/м³, по формуле

 

,          (17)

,          (18)

,          (19)

,          (20)

 

V_Т = 1,035+7,79+9,72 9,72=12,002м³/м³,                                              

     V = ,

     V = =13,46м³/м³,                       

V = = 14,432м³/м³.       

Определяем объемную долю трехатомных  газов по формуле

 

,                         (21)

,                         (22)

,                        (23)

,             (24)

 

= =0,086,

 = =0,082,

= =0,076,