Тепловой расчет теплогенератора

 

 

Федеральное агентство по образованию

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

Институт экологии

Кафедра ЭиТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловой расчет теплогенератора

(пояснительная  записка к курсовой работе)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Содержание

Введение

1.Задание.

2. Теоретическая часть.

2.1. Устройство  и работа котлоагрегата.

2.2. Основные  контуры естественной циркуляции.

2.3. Горелочные  устройства.

3. Расчетная  часть.

3.1. Определение состава топлива, конструктивная характеристика

теплогенератора и параметры теплоносителя.

3.2. Расчет объемов и энтальпий  воздуха и продуктов сгорания.

3.3. Тепловой баланс и расход топлива.

3.4. Расчет топочных камер.

3.5. Расчет конвективной поверхности  нагрева.

3.6. Расчет водяных экономайзеров

3.7.Расчет  невязки теплового баланса.

4. Приложение.

5. Литература

 

Введение

Теплогенерирующей установкой называют совокупность устройств и механизмов для производства тепловой энергии в виде водяного пара, горячей воды или подогретого воздуха. Водяной пар используют для технологических нужд в промышленности и сельском хозяйстве, для приведения в движение паровых двигателей, а также для нагрева воды, направляемой в дальнейшем на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Горячую воду и подогретый воздух используют для отопления производственных, общественных и жилых зданий, а также для коммунально-бытовых нужд населения. Теплогенерирующие установки предназначены для производства тепловой энергии из первичных источников энергии.

Тепловая энергия – это один из видов энергии, используемой человеком для обеспечения необходимых условий его жизнедеятельности, как для развития и совершенствования общества, в котором он живет, так и для создания благоприятных условий его быта. Тепловая энергия, производимая человеком из первичных источников энергии, в основном используется для получения электрической энергии на тепловых электростанциях, для технологических нужд промышленных предприятий, для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.

Комплексы устройств, производящих тепловую энергию и доставляющих ее в виде водяного пара, горячей воды или подогретого воздуха потребителю, называются системами теплоснабжения. В зависимости от мощности систем и числа потребителей, получающих от них тепловую энергию, системы теплоснабжения подразделяются на централизованные и децентрализованные. Условно принято считать систему теплоснабжения централизованной, если единичная мощность включенных в нее теплогенерирующих установок равна или превышает 58 МВт. Если мощность установок, производящих тепловую энергию в системе, меньше 58 МВт, то система теплоснабжения считается децентрализованной.

В централизованных системах теплоснабжения тепловая энергия производится либо в мощных комбинированных установках, производящих как тепловую, так и электрическую энергию, называемых теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), либо в крупных установках, производящих только тепловую энергию, называемых районными тепловыми станциями или котельными.

В децентрализованных системах теплоснабжения тепловая энергия производится в небольших отопительных тепловых станциях. Развитие теплогенерирующих установок определяется тенденциями развития общества в целом, в том числе и его народного хозяйства.

Теплогенераторы ближайшего будущего – это полностью механизированные агрегаты с высокой степенью автоматизации производства тепловой энергии, работающей на твердом или жидком топливе и газе, включая местные виды топлива, а также на атомной энергии.

Рост себестоимости добычи традиционных видов топлива сделал экономически целесообразным развитием теплогенерирующих установок на так называемых нетрадиционных источниках энергии: солнечной, геотермальной и др. Все это, вместе взятое, и определяет тенденции развития теплогенераторов и теплогенерирующих установок в целом в ближайшем будущем.

 

1 . Задание

Для выполнения курсовой работы необходимо произвести поверочный расчет котельного агрегата с элементами конструктивного расчета отдельных поверхностей нагрева. Основной целью поверочного расчета является определение основных показателей работы котлоагрегата, а также реконструктивных мероприятий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность при заданных условиях.

 

2. Теоретичская часть

2.1.Устройство и работа котла КВ-ГМ-150

Котел водогрейный газомазутныйКВ-ГМ-10-150 предназначены для нагрева воды систем теплоснабжения до 150 оС выполнены в горизонтальной компоновке и имеют топочную камеру с горизонтальным потоком топочных газов и конвективную шахту, по которым топочные газы идут снизу вверх. Ширина между осями труб боковых экранов составляет 2580 мм.

Топочная камера (топочный блок) полностью экранирована трубами диаметром 60*3 мм с шагом 64 мм, которые образуют:

- левый и правый боковые экраны  топки – вертикальные трубы, приваренные к нижним и верхним коллекторам;

- передний (фронтовой) экран – изогнутые трубы, которые экранируют фронт и под (низ) топки; трубы приварены к переднему (фронтовому) и дальнему (подовому) коллекторам; передний (фронтовой) коллектор расположен ближе к поду, а над ним установлена горелка;

- промежуточный (поворотный) экран – вертикально-горизонтальные трубы, установленные в два ряда, которые приварены к верхнему нижнему коллекторам и выполнены в виде газоплотного экрана; поворотный экран не доходит до потолка топки , оставляя окно для прохода топочных газов из топки в камеру догорания.

Конвективный блок (шахта) имеет:

- фестонный экран – вертикально-изогнутые  трубы, приваренные к верхнему и нижнему коллекторам, причем в верхней части трубы выполнены в виде газоплотного экрана, а в нижней части стены разведены к четырехрядный фестон; фестонный экран является одновременно задним экраном топки ;

- заднюю стенку – вертикальные  трубы, приваренные к верхнему  и нижнему коллекторам;

- левую и правую боковые стенки  шахты – вертикальные стояки (трубы диаметром 83*3,5 мм, установленные с шагом 128 мм), приваренные к верхним и нижним коллекторам, а в эти стояки вварены три пакета горизонтально расположенных U-образных ширм, выполненных из труб диаметром 28*3 мм.

На фронтовой стенке топки установлена одна газомазутная горелка РГМГ. Между промежуточным (поворотным) экраном топки и фестонным экраном расположена камера догорания. В соответствующих местах верхних и нижних коллекторов экранов топки  и стенок конвективной шахты установлены заглушки (перегородки) для обеспечения многоходового движения воды по трубам – вверх, вниз и так далее.

Трубы задней стенки шахты имеют диаметр 60*3 мм и установлены с шагом 64 мм, а трубы фестонного экрана – диаметр 60*3 мм и установлены с шагом s1 = 256 мм и s2 = 180 мм. Все коллекторы и перепускные трубы котла имеют диаметр 219*10 мм. Все верхние коллекторы топки и конвективной шахты имеют воздушники для выпуска воздуха (при заполнении котла водой), а нижние - спускные вентили.

Газовоздушный тракт. Топливо и воздух подаются в горелку, а в топке образуется факел горения. Теплота от топочных газов в топке передается всем экранным трубам (радиационным поверхностям нагрева), а от труб теплота предается воде, циркулирующей по экранам. Из топки, огибая сверху промежуточный (поворотный) экран, топочные газы входят в камеру догорания, затем внизу проходят четырехрядный фестон, попадают в конвективную шахту, где теплота передается воде, циркулирующей по пакетам секций (ширм) и, пройдя шахту снизу вверх, топочные газы дымососом удаляются в дымовую трубу и в атмосферу.

Для удаления загрязнений и отложений с наружной поверхности труб конвективной шахты котлы оборудуются дробеотчисткой, использующей чугунную дробь, которая подается в конвективную шахту.

Рис. 1. продольный разрез водогрейного котла КВ-ГМ-10

 

2.2. Основные контуры  естественной циркуляции

Питательная вода после умягчения и деаэрации по двум трубопроводам питательной линии 23 подается в водный объем верхнего барабана 1, где смешивается с котловой водой. В котле имеется пять контуров естественной циркуляции.

1-й контур (по кипятильным трубам). Котловая вода из верхнего барабана 1 опускается в нижний барабан 2 по кипятильным трубам 4 конвективного пучка,  расположенным во втором газоходе – в области более низких температур топочных газов. Образующаяся пароводяная смесь (ПВС) поднимается в верхний барабан по кипятильным трубам 3, расположенным в первом газоходе.

2-й контур (по фронтовому экрану) – котловая вода из верхнего барабана 1 по четырем опускным трубам 7 подводится к фронтовому коллектору 8, распределяется по нему, а образующаяся ПВС по экранным трубам 6, установленным в топке, поднимается в верхний барабан.

3-й контур (по заднему экрану топки) – котловая вода из нижнего барабана 2 по перепускным трубам 11 подводится к нижнему коллектору 10, распределяется по нему, а образующаяся ПВС по задним трубам 9, установленным в топке, поднимается в верхний барабан.

4-й контур (по левому боковому топочному экрану) – котловая вода из верхнего барабана 1 по опускной трубе 15 подводится к нижнему коллектору 13 левого бокового экрана; к коллектору 13 подводится также вода из нижнего барабана 2, по перепускным трубам 14, после чего вода распределяется по коллектору, а образующаяся ПВС по трубам 12 левого бокового экрана, расположенным в топке, поднимается в верхний барабан.

5-й контур (по правому боковому  экрану топки 16) – осуществляется аналогично левому боковому топочному экрану.

Вода и пароводяная смесь (ПВС) из всех контуров циркуляции поднимается в верхний барабан, где в паросепарационных устройствах 24 отделяется пар, а вода смешивается с котловой водой и процесс циркуляций повторяется. После паросепарационных устройств полученный сухой насыщенный пар идет к потребителю по паропроводу 25 .

 

Рис.1. Принципиальная схема теплогенератора ДКВР-10-13-250 ГМ:

1, 2 – верхний и нижний барабаны; 3, 4 – кипятильные трубы первого  и второго газохода; 5 – чугунная перегородка; 6 – фронтовой экран топки; 7, 8 – опускные трубы и коллектор фронтового экрана; 9 – задний экран; 10, 11 – коллектор и перепускные трубы заднего топочного экрана; 12 – левый боковой экран топки; 13, 14 – коллектор и перепускные трубы левого бокового экрана; 15 – опускные трубы бокового топочного экрана; 16 – правый боковой экран топки; 17 – горелки; 18, 20 – шамотные перегородки; 19 – камера догорания; 21 – торкрет; 22 – обмуровка; 23 – питательная линия; 24 – паросепарационные устройства; 25 – паропровод; 26 – пароперегреватель; 27 – водоуказательное стекло; 28 – предохранительный клапан; 29 – термометр; 30 – манометр; 31 – трубопровод периодической продувки.

 

2.3. Горелочные устройства.

На котлах ДКВР наибольшее распространение получили короткофакельные газомазутные горелки ГМГ и их модернизированный вариант ГМГм, устройство которой показана на рис. 2. Горелка ГМГм отличается от ГМГ устройством газового насадка, имеющего два ряда газовыпускных отверстий, направленных под углом 90° друг к другу, которые закручивают поток первичного и вторичного воздуха, что обеспечивает снижение коэффициента избытка воздуха до 1,05, повышение КПД котла на 1%, а также улучшает его эксплуатационные показатели. Площадь сечения трубопровода вторичного воздуха принимается в 1,5-2 раза больше площади сечения патрубка первичного воздуха горелки. Горелки ГМГм состоят из газовоздушной части 1, паромеханической форсунки 6, лопаточных завихрителей первичного 5 и вторичного 2 воздуха, монтажной плиты 3 со стаканом 7 для установки запально-защитного устройства и заглушки для закрывания форсуночного канала при снятии форсунки. Закрутка воздуха в горелке обоими регистрами производится в одну сторону. В качестве стабилизатора пламени используется конический керамический туннель 4.

Зажигание горелки производят при закрытых воздушных шиберах: плавно открывают запорное устройство на газопроводе, после воспламенения газа - шибер первичного воздуха, а затем с помощью шибера вторичного воздуха и регулирующего устройства на газопроводе устанавливают заданный режим. Во избежание отрыва факела при пуске тепловая мощность горелки не должна превышать 25-50 % от номинальной, а давление газа должно быть больше давления вторичного воздуха. При работе горелки на газе мазутную форсунку удаляют и торцевое отверстие канала закрывают заглушкой.

 

 

Рис.2. Устройство газомазутной горелки ГМГм:

а – горелка в сборе; б – мазутная форсунка в отдельности;

1 – канал подачи газа и  первичного воздуха; 2 - лопаточный завихритель вторичного воздуха; 3 - монтажная плита; 4 – конический керамический туннель; 5 - лопаточный завихритель первичного воздуха; 6 – паромеханическая форсунка; 7 – стакан на монтажной плите для установки запального защитного устройства (ЗЗУ); 8 – шайба распределительная с отверстиями; 9, 10 – завихрители топливный и паровой; 11 – накидная гайка распыляющей головки мазутной форсунки.

 

 

3. Расчётная часть

 

3.1. Состав топлива, конструктивные характеристики

теплогенератора и параметры теплоносителя.

 

Газопровод – «Коробки - Волгоград»

 Таблица 1

Состав газа, % по объёму
92,8	3,9	1,1	0,4	0,1	37,31	9,51	1,02	7,54	2,13