Модернизация схемы воздуховода котла водогрейной котельной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Описание котла

2. Автоматизация

3. Топливный тракт котельной

4. Тепловой расчет котла КВГМ-100

5. Топочное устройство котла КВГМ-100

6. Аэродинамический расчет котла КВГМ-100

7. Расчёт и выбор теплообменного аппарата (калорифера)

7.1 Общая классификация

7.2 Конструкция воздухонагревателей

7.3 Проектирование воздухонагревательных установок

7.4 Подбор воздухонагревательных установок

7.5 Аэродинамический расчёт диффузора и конфузора

7.6 Эксплуатация системы подогрева входящего воздуха

8. Защита окружающей среды

9. Безопасность жизнедеятельности

10. Технико-экономические показатели проекта

11. Заключение

Литература

Введение

В состав теплоэлектроцентрали ОАО «ЭнСер» входят следующие подразделения:

- котельный, турбинный цеха, электроцех, химцех, участок ТАИ,

- водогрейная котельная №1,

- водогрейная котельная №2,

Водогрейные котельные №1,2 обеспечивают выработку горячей воды на технологические нужды, для отопления и горячего водоснабжения ОАО АЗ «Урал», центральной части г. Миасса и других потребителей.

На водогрейной котельной №2 забор воздуха для подачи в котлы осуществляется снаружи, мероприятия по подогреву воздуха в зимний период не предусмотрены, вследствие чего, в котёл попадает воздух с низкой температурой, что отрицательно влияет на ряд факторов:

- увеличиваются потери с уходящими газами.

- увеличивается химический недожог.

- увеличивается механический недожог топлива, особенно в случае сжигания углей и мазута.

Предложение по использованию предварительного нагрева входящего воздуха, позволит в зимний период, за счёт пропуска части сетевой воды с входа котла КВГМ через калорифер, нагревать холодный воздух до положительных температур. В результате, в холодное время года, при работающих котлах КВГМ обеспечивается возможность постоянно подавать на горелки котла подогретый воздух, что повысит эффективность сжигания газа, а также предотвратит обмерзание воздушного тракта. Предложенные мероприятия улучшат экологические и экономические показатели котла.

1. Описание котла КВГМ-100

Котел имеет прямоточную П - образную бескаркасную компоновку с облегченной обмуровкой, укрепляемой на экранных трубах. Котел может использоваться как в режиме 150 - 100°С. Площадки для обслуживания котла крепятся к самостоятельным металлоконструкциям, опирающимся на портал котла. Конструкция котла представлена в графической части дипломного проекта на листах 1 и 2. Топочная камера котла и задняя стенка конвективной части поверхности нагрева котла состоит из трех пакетов. Каждый пакет набирается из U- образных ширм, выполненных из труб d = 283 мм. Ширмы в пакетах расположены параллельно фронту котла и расставлены таким образом, что их трубы образуют шахматный пучок с шагом S1 = 64 мм и S2 = 40 мм.

Боковые стены конвективной шахты закрыты трубами d = 8335мм с шагом 128 мм служащие одновременно стояками ширм. Все трубы образующие экранные поверхности котла, вварены непосредственно в коллектор d = 27311 мм. Для удаления воздуха из трубной системы при заполнении котла водой на верхних коллекторах установлены воздушники. Взрывные предохранительные клапана установлены на потолке топочной камеры.

Для удаления наружных отложений с труб конвективных поверхностей нагрева котла оборудована дробеочистительная установка. Подача дроби наверх производится с чистым воздухом, подаваемым ротационной воздуходувкой.

Обмуровка котла облегченная, натрубная, толщина около 110мм, состоит из трех слоев: шамотобетона, совелитовых плит, минераловатных матрацев и магнезиальной обмазки. На фронтальной стенке котла установлены три газомазутные горелки с ротационными форсунками, причем третья горелка размещена сверху во втором ряду.

Ротационные горелки РГМГ-30 - механические с мазутными форсунками механического распыления и водяным охлаждением.

Производительность горелки РГМГ-30 составляет:

По природному газу 4175м3/час

По мазуту 3855 кг/час.

Тепловой и аэродинамический расчеты котла представлены далее в пояснительной записке. На рисунке 1 показана схема движения воды в котле КВГМ-100 при работе в основном режиме. Вода с температурой 70°С и давлением 2,5 МПа подается во фронтовой экран топочной камеры, затем направляется в боковой экран, после чего поступает в промежуточный экран, откуда входит в конвективную часть и боковые экраны. Выход воды из котла с температурой 150°С происходит из заднего экрана конвективной шахты. Скорость движения воды по тракту котла лежит в пределах 1,6 - 1,8 м/с. Продувка котла из коллекторов экранов производится по специальным трубопроводам в коллектор дренажей.

Рисунок 1. Схема движения воды в котле КВГМ - 100

Технические характеристики котла КВГМ-100 приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики котла КВГМ-100

Наименование	Ед. измерения	Значение
1 2 3
1. Теплопроизводительность Гкал/час 100 2. Расход воды т/час 1235/2460 3. Расход топлива: - природный газ м3/час 12520 - мазут кг/час 11500 4.Температура уходящих газов: -работа на газу °С 120 -работа на мазуте °С 175 5. Лучевоспринимающая поверхность м2 325 6. Объём топочной камеры м3 388 7. Тип и число горелок шт. 3 РГМГ-30 8. Теплонапряжение топочного объёма Ккал/(м3 *час) 280*103 9. Тепловая нагрузка лучевоспринимающих поверхностей: -работа на газу; Ккал/(м3 *час) 116*103 -работа на мазуте Ккал/(м3 *час) 137*103 10. Поверхность нагрева: -радиационная; м2 325 - конвективная м 2385 11. Расчетная температура воды на выходе из котла °С 150 12. КПД котла: - работа на газ; % 92,7 -работа на мазуте % 91,3

2. Автоматизация

Надежная, экономичная и безопасная работа котельной с минимальным числом обслуживающего персонала может осуществляться только при наличии теплового контроля, автоматического регулирования и управления технологическими процессами, сигнализации и защиты оборудования.

Объем автоматизации принимается в соответствии с СНиП II-35-76 и требований завода изготовителя тепломеханического оборудования. Для автоматизации применяются серийно выпускаемые приборы и регуляторы.

Общими задачами контроля и управления любой энергетической установки, в том числе котла является обеспечение:

- выработки в каждый момент времени необходимого количества теплоты(пара, горячей воды) при определенных параметрах.

-экономичности сжигания топлива, рационального использования электроэнергии для собственных нужд установки и сведения потерь теплоты к минимуму.

- надежности и безопасности, то есть установление и сохранение нормальных условий работы каждого агрегата, исключающих возможность неполадок и аварий.

Схема автоматизации разработана в соответствии со следующими принципами:

- параметры, наблюдение за которыми необходимо для правильного ведения технологического процесса на установленных режимах, измеряются показывающими приборами.

- параметры, измерения которых могут привести к аварийным ситуациям, контролируются сигнализирующими приборами.

- параметры, учет которых необходим для хозяйственных расчетов или анализа работы оборудования, контролируются самопишущими или интегрирующими приборами.

Задачей автоматического регулирования теплоисточника является поддержка температуры воды, подаваемой в теплосеть, на заданном уровне, определяемом в соответствии с температурным графиком при экономичном сжигании используемого топлива, стабилизации основных параметров работы котельной.

Температура воды, подаваемой в теплосеть в соответствии с отопительным графиком поддерживается на данном уровне ”холодный перепуск”. Заданный расход воды, независимо от количества рабочих котлов, обеспечивается регулятором расхода (клапаном на линии рециркуляции), получающим импульс по перепаду давлений между коллекторами прямой и обратной сетевой воды котлов.

Регулятор подпитки обеспечивает содержание заданного давления в обратном трубопроводе сетевой воды котлов.

Для обеспечения качественной деаэрации предусмотрены атмосферные деаэраторы, устойчивая работа которых поддерживается регуляторами уровня и давления.

Для котлов предусмотрено регулирование процесса горения с помощью регуляторов разрежения воздуха и топлива.

Стабилизация давления мазута и горелки котла осуществляется общекотельным регулятором давления.

Поддержание на выходе из котла температуры 150 С при сжигании высокосернистого мазута позволяет избежать низко температурной коррозии поверхности нагрева.

При сжигании природного газа температура воды на входе в котел поддерживается по режимной карте.

Система аварийной защиты обеспечивает безопасность работы котла путем прекращения подачи топлива при:

- отклонении давления газа,

- отклонении давления воды на выходе из котла (низко-7 кгс/см, высокого 12,5 кгс/см

- уменьшение расхода воды через котел (низко 800 т/ч),

- повышение температуры воды за котлом (высоко 150 С),

- погасание факела в топке,

- уменьшение тяги,

- понижение давления воздуха,

- останове дымососа,

- неисправность цепей или исчезновение напряжения в системе автоматики.

Операции по пуску и остановке котла происходят автоматически от “кнопки”. Аварийный сигнал остановки котла вынесен на щит КИП.

Регулятор температуры получает сигналы с датчиков, размещенных в подающем и обратном трубопроводах сетевой воды, и воздействует на исполнительный механизм регулирующего органа на газо- или мазуто-проводе, регулируя интенсивность процесса горения. Одновременно регулятор изменяет расход газа с помощью диафрагмы и воздействует на направляющий механизм дутьевого вентилятора, изменяя расход воздуха до необходимого для горения топлива с заданным коэффициентом избытка воздуха. Регулятор разрежения получает сигнал от датчика расположенного в топке котла и изменяет подачу дымососа с помощью исполнительного механизма на направляющем аппарате, таким образом, чтобы разрежение в топке поддерживалось в заданных приделах.

3. Топливный тракт котельной

Снабжение существующей котельной природным газом предусмотрено от газорегуляторного пункта (ГРП), находящегося вне помещений котельной па специально отведенном участке территории предприятия, огражденного забором и имеющим специальное помещение для аппаратуры и оборудования ГРП.

К ГРП по подземному газопроводу высокого давления до 0,5 МПа диаметром 5307 подается газ от городской газораспределительной станции. Прокладка наружных газопроводов выполнена в соответствии с требованиями СНиП-П-89-80.

Общий вид и схема газопроводов ГРП представлены на рис. 2.

Оборудование и устройства ГРП включают в себя:

- фильтры для очистки газа от механических примесей (пыли, окалины),

- предохранительный запорный клапан - для полного автоматического отключения подачи газа за регулятором давления сверх заданных пределов,

- регулятор давления - для обеспечения автоматического снижения давления газа и поддержания его значений на определенном уровне независимо от изменения расхода газа на котлы и колебаний давления на входном газопроводе,

- предохранительное сбросное устройство (ПСУ) -- для сброса некоторого количества газа в атмосферу при возможных кратковременных1 повышениях его давления за регулятором, чтобы избежать отключения газа на котельную,

- вместо байпаса предусмотрена резервная линия редуцирования - для подачи газа во время ревизии или ремонта оборудования,

- сбросные и продувные трубопроводы,

- запорные задвижки.

В помещении ГРП также установлены следующие средства измерения:

- манометры показывающие и самопишущие, измеряющие давление газа перед регулятором и за ним,

- дифференциальные манометры измеряющие перепад давления на фильтре,

- термометры показывающие и самопишущие, измеряющие температуру газа,

- сужающие устройства (диафрагма) и дифференциальный манометр-расходомер, измеряющий расход газа.

Трубопроводы продувочные и от ПСУ выводятся наружу в места, обеспечивающие безопасное рассеивание газа не менее чем на один метр выше карниза крыши. Диаметр продувочных трубопроводов должен быть не меньше 20 мм.

На вводе газопровода в котельную с давлением 2,5 МПа на высоте не более 1,5 м от пола устанавливается отключающая задвижка. Газопроводы к котлам прокладываются в виде тупиковых ответвлений от магистрали. На газопроводе к котлу устанавливают общее отключающее устройство с электроприводом (задвижка 1) и для быстрого прекращения подачи газа -электромагнитный клапан (2). На прямом участке газопровода установлена диафрагма для измерения расхода газа (3). Заслонка (4) обеспечивает подачу газа на коллектор котла. Давление и расход на горелках котла регулируется газовыми кранами (5). Для автоматического розжига котла используется, газопровод на запальники горелок (6). Перед каждой горелкой предусмотрена установка манометров для измерения давления газа и воздуха. Газопроводы снабжаются свечей, отводящей газ при продувке газопроводов, в атмосферу (7).

Для снабжения котельной резервным топливом - мазутом оборудовано мазутное хозяйство. В него входят: устройства для слива мазута из цистерн, мазутонасосная, резервуары для хранения 10-ти суточного запаса топлива и коммуникации для мазута, пара и конденсата.

Подача мазута к форсункам осуществляется с непрерывной циркуляцией мазута за счет насосов.

Регулирование подачи мазута производится с помощью регулировочного клапана с импульсом по нагрузке котла. Для обеспечения взрывобезопасности на мазутопроводе котлоагрегата установлены запорные устройства с дистанционным электрическим и механическим приводом, устройство для продувки мазутопроводов и форсунок паром, а также быстрозапорный клапан.

На отводе к рециркуляционной магистрали установлены запорный орган с дистанционным электрическим и механическим приводом, устройство для установки заглушки и быстрозапорный клапан.



Рисунок 2 - Схема топливного тракта

4. Тепловой расчет котла КВГМ-100

4.1 Исходные данные

1) Теплопроизводительность котла - 100 Гкал/ч;

2) Топливо - природный газ;

3) Параметры воды:

- температура на входе в котёл, tВХ=70°С;

-температура на выходе из котла, tВЫХ=150°С;

-расчетное давление на входе в котел, РВХ=10-25 кг/см2.

4) Температура входящего воздуха на горелки, t=15°С.

5) Температура наружного воздуха, t= -34

Состав газа: СН4-94,16%, С2Н6-2,49%, С3Н8-0,38%, С4Н10-0,24%, N2-2.6%,

СО2-0,13%.

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа, V0В=9,54м3/м3.

Содержание сухих 3-х атомных газов в продуктах сгорания, VRO2=1.01м3/м3.

Количество азота в дымовых газах, поступившего из воздуха, V0N2=7,56 м3/м3.

Объём водяных паров, содержащихся в дымовых газах, при стехиометрическом горении, V0Н2О=2,14 м3/м3

Полный действительный объём дымовых газов V0Г=10,72м3/м3.

4.2 Выбор коэффициента избытка воздуха

При тепловом расчете воздуха коэффициенты избытка воздуха на выходе из топки бґґ и присоса воздуха в отдельных элементах котла принимают на основе обобщенных данных эксплуатации котлоагрегатов. Значение расчетного коэффициента избытка воздуха в отдельных сечениях газохода определяем по формуле:

где (1)

- расчетный коэффициент избытка воздуха в рассматриваемом элементе;

- сумма присосов воздуха во всех газоходах, расположенных между топкой и рассматриваемым сечением газохода.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки, по таблице 2, составляет =1,1; присосы воздуха в газаходах котла =0,1.

Следовательно, коэффициент избытка воздуха в конвективном пучке:

(2)

Объём продуктов сгорания газообразного топлива отличается от теоретического на величину объёма воздуха , поступающих в котлоагрегат . Результаты сведены в таблицу 2

Таблица 2 - Значения коэффициента избытка воздуха по тракту котла

Величина	Ед. измерения	Участок газохода.
		Топка	Конвективный пучок
Расчетный коэффициент избытка воздуха, б”т Среднее значение коэффициента избытка воздуха, бср VR2=VN20 +(б-1)V0 VН2О=VН2О0 +0,0161(б-1)V0 VГ=VRО2 + VR2+ VН2О rRО2= VRО2/ VГ rН2О= VН2О/ VГ rn= rRО2+ rН2О	- - м3/м3 м3/м3 м3/м3 - - -	1,1 1,075 8,245 2,152 11,407 0,089 0,188 0,277	1,2 1,15 8,956 2,163 12,129 0,083 0,176 0,259

Энтальпия воздуха и продуктов сгорания.

Энтальпия теоретического объёма воздуха и продуктов сгорания, отнесенная к одному кубометру сжигаемого топлива при температуре х дымовых газов рассчитывается по формуле:

IВ0 =V0(ct)B, Ккал/м3 (3)

Ir0 = VRO2(cх)RO2+V0N2(хc)N2+V0H2O(хc)H2O, Ккал/м3. (4)

где (ct)B, (cх)RO2, (хc)N2, (хc)H2O - удельные энтальпии воздуха, трехатомных газов, азота и водяных паров. Ккал/м3.

Энтальпия продуктов сгорания на 1м3 топлива при б >1 рассчитывается по формуле:

Ir = Ir0+(б - 1)IB0. (5)

Результаты расчета сведены в таблицу 3.

Таблица 3 - Энтальпия теоретического объёма воздуха и продуктов сгорания.

t 0C	IB0 Ккал/м3	Ir0 Ккал/м3	бT	бкп
			I, Ккал/м3	?I Ккал/м3	I, Ккал/м3	?I Ккал/м3
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100	352 710 1077 1453 1840 2235 2640 3059 3436 3920 4356 4794 5244 5704 6156 6612 7079 7551 8033 8507 8986	301 606 917 1233 1557 1889 2230 2573 2916 3269 3631 3993 4355 4727 5099 5470 5842 6207 6595 6976 7357	2863 3316 3777 4247 4719 5193 8172 8692 9204 9722	453 461 469 474 520 512 517	412 831 1260 1699	419 429 439

Тепловой баланс и расход топлива котельного агрегата.

Соотношение, тепла от сгорания топлива в котельном агрегате (располагаемая теплота топлива Qрр), полезно используемая теплота, уносимая горячей водой и потери в окружающую среду называют тепловым балансом котельного агрегата.

Для действующего котла тепловой баланс составляют на основании результатов тепловых испытаний с целью получения данных для анализа эффективности его работы. При тепловом расчете тепловой баланс составляют, используя нормативные данные, для определения расчетного расхода топлива проектируемого котла. Тепловой баланс составляем в расчете на 1 м3 располагаемой теплоты топлива Qрр, определяемой по формуле:

Qрр = QНр+ QВ.ВН.+ QФТ, (6)

где QНр =8600Ккал/м3 - низшая теплота сгорания газа, заданного условием,

QВ.ВН =вґ(IВ0 - Iх.В) - количество теплоты, внесенное воздухом при подогреве его вне котельного агрегата - воздух поступает после калорифера с температурой t = 15°C, температура до калорифера- t= -34, где - отношение количества воздуха на входе в котельный агрегат (в воздухоподогреватель) к теоретически необходимому. =1,

Q=1(50+6,86)=56,86ккал/м

QФТ =стл*tтл - физическое тепло, где стл = Уrici. t=15-для газообр. топлива

ССН4 =0,3722 Ккал/(м3 0С) rCH4 = 0,9416

СС2Н6 =0,5348 Ккал/(м3 0С) rC2H6 = 0,0221

СС3Н8 =0,791Ккал/(м3 0С) rC3H8 = 0,0038

СС4Н10=0,9988 Ккал/(м3 0С) rC4H10 = 0,0024

СN2 =0,3092 Ккал/(м3 0С) rN2 = 0,026

Таблица 4 - Расчет теплового баланса топки и расхода топлива.

Величина	Ед. изм.	Расчет
Наименование	Обозн.	Расчетная формула или способ определения
1	2	3	4	5
Располагаемая теплота топлива	Qрр	QHP+QB.BH+Qфт	Ккал/м3	8600+56,86+0,378*15=8662,53
Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива	q3	По заданию	%	0,5
Потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива	q	По заданию	%	Не учитываем
Температура уходящих газов	tyx	По заданию	°C	140
Энтальпия уходящих газов	Iyx	По таблице 3	Ккал/м3	580
Температура воздуха на горелки	txВ.	По выбору	°С	45
Энтальпия воздуха в котёл	I0 xВ		Ккал/м3	50
Потеря теплоты с уходящими газами	q 2		%
Потеря теплоты от наружного охлаждения	q5	По таблице	%	0,45
Сумма тепловых потерь	Уq	q3 + q2 + q4+ q5	%	6+0,5+0,45=6,95
КПД котельного агрегата		100-Уq	%	100-6,95=93,05
Коэффициент сохранения теплоты	ц		-
Теплопроизводительность агрегата	Qк.	По заданию	Гкал/час	100
Расход воды через котел	GВ		т/час
Полный расход топлива	В		м3/час
Расчетный расход топлива	Вр		м3/час	12406

Расчет конструктивных характеристик топки.

Топочным устройством или топкой называют часть котла, которая предназначена для сжигания топлива с целью получения заключенного в нем тепла. Вместе с тем топка является теплообменным устройством, в котором поверхностям нагрева отдается излучаемое тепло, выделяющееся при горении топлива.

Таблица 5 - Расчет конструктивных характеристик топки

Величина	Единица.	Расчет
Наименование	Обозн.	Расчетная формула или способ определения
1	2	3	4	5
Активный объём топочной камеры	Vт	По конструктивным размерам	м3	388
Тепловое напряжение объёма топки: расчетное допустимое	qv		кВт/м3
	qv	По табл.	кВт/м3	460
Количество горелок	n	По конструкции котла	шт.	3
Теплопроизводительность горелки	Qг	1,25(ВQНр/n)10-3	МВт
Тип горелки	-	По таблице	-	РГМГ-30

Поверочный расчет теплообмена в топке.

При проверочном расчете теплообмена в топке, по ее тепловым и конструктивным характеристикам, определяют температуру газов на выходе из топки Результаты расчета сводятся в таблицу 6.

Таблица 6 - Расчет теплообмена в топке

Величина	Ед. изм.	Расчет
Наименование	Обозн	Расчетная формула или способ определения
1	2	3	4	5
Суммарная площадь поверхности стен топки и камеры сгорания	Fст	По конструктивным размерам.	м2	331,4
Площадь лучевоспринимающей поверхности топки и камеры сгорания	Нл	То же	м2	325
Эффективная толщина излучающего слоя	S		м
Коэффициент тепловой эффективности лучевоспринимающей поверхности	Шср		-
Высота топки (до середины выходного окна)	Нт	По констр. размерам	м	9,58
Высота расположения горелок	hГ	То же	м	1,5
Коэффициент	Хг	h г/Hт	м	0,157
Параметр, учитывающий распределение температур в топке	М	0,52-0,3Хг	-	0,52-0,3*0,157=0,509
Коэффициент избытка воздуха в топке	бт”	Таблица 2	-	1,1
Присос воздуха в топке	?б	То же	-	0,1
Температура воздуха на горелки	tX.B	По заданию	°С	15
Энтальпия холодного воздуха	IX..B	По табл.	Ккал /м3	50
Температура горячего воздуха	tГ.B	По выбору	°С	250
Количество теплоты вносимое в топку воздухом	QB		Ккал /м3
Полезное тепловыделение в топке	Qт		Ккал /м3
Адиабатическая температура горения	А	По I-х табл.	°С	1894
Температура газов на выходе из топки	m”	По предварительному выбору	°С	1060
Энтальпия газов на выходе из топки	I m”	По I-х таблице.	Ккал /м3	4530.22
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания	Vccp		Ккал /м3
Объёмная доля водяных паров	rH2O	Из предыдущих расчетов	-	0,089
То же трехатомных газов	rRO2	То же	-	0,188
Суммарная доля трехатомных газов		rH2O+ rRO2	-	0,277
Суммарная поглощательная способность трехатомных газов	prnS	prnS	м*МПа	0,1*0,277*4,22=0,0277
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами	kзл		1/м*МПа
Коэффициент ослабления лучей несветящейся частью топочной стреды	Кns		1/м* МПа	4,56*0,277=1,265
Суммарная оптическая толщина газового потолка	kps	kНС р S	-	4,56*0,0277*4,22=0,53
Степень черноты топки	аТ		-
Тепловая нагрузка стен топки	gФ	Вр*QT/Fст	Гкал/ ч*м2
Температура газов на выходе из топки	m”	По номограмме	°С	1060

Расчет теплообмена в конвективной шахте.

Конвективными являются поверхности нагрева, в которых процесс передачи тепла осуществляется путем конвективного теплообмена. Конвективные пучки получают тепло не только путем конвективного теплообмена, но и теплоту прямого излучения топки. При расчете такой поверхности нагрева используют методику расчета конвективных поверхностей нагрева с учетом тепловосприятия прямого излучения топки. Расчет конвективной поверхности сводим в таблицу 7.

Таблица 7 - Расчет конвективной поверхности нагрева.

Величина	Единица	Расчет
Наименование	Обозн	Расчетная формула или способ определения
1	2	3	4	5
Площадь поверхности нагрева	Н	По конструктивным. размерам	м2	2385
Диаметр труб	d	-	м	0,028
Относительный шаг труб: Поперечный Продольный	S1/d S2/d	-	-	2.286 1.429
Шаг труб продольный	S2	-	м	0,04
Шаг труб поперечный	S1	-	м	0,064
Площадь живого сечения для прохода газов	F	АВ-z1dl	м2	14,448
Эффективная толщина излучающего слоя	S		м
Температура газов перед фестоном		Из расчета топки	°С	1060
Энтальпия газов перед конвективным пучком	Iґ	То же	Ккал/м3	4530,2
Температура газов за конвективным пучком		По предварительному выбору	°С	140
Энтальпия газов за конвективным пучком	I”	По I- х таблице.	Ккал/м3	580
Количество теплоты отданное конвективному пучку	Qг		Ккал/м3	0,99(4530,2-580)=3910
Температура кипения при давлении в барабане 4,3 МПа	ш	По табл.	-	0,8
Средняя температура газов	хср	0,5(х'+х”)	°С	0,5(1060+140)=600
Средняя скорость газов	щг	ВрVг(хср+273)/273F	м/с	12406*12,129*(600+273)/ /273*14,45*3600=9,25
Коэффициент. теплоотдачи конвекцией	бк	номограмма 6-5[1] бК=бН СФ СZ СS	Вт/м2 К	103
Суммарная оптическая толщина незапыленного газового потока	kprn s	kprn s	мМПа	0,259
Коэффициент. ослабления лучей трехатомными газами	kг	Как и в топке	1/мМПа	32,53
Коэффициент. ослабления лучей эоловыми частицами	kзл		1/мМПа	0
Температура воды На выходе На входе	t'в t”в	По техническим данным котла	°С	96,17 143,37
Средняя температура воды в конвективном пучке	tсрв	(t'в+ t”в)/2	°С	119,76
Степень черноты излучающей среды	a	1-e-kps	-	0,228
Температура загрязненной стенки трубы	tст	tср+?t	°С	413,3
Коэффициент. теплоотдачи излучения	бл	Номограмма	Вт/м2К	14,3
Коэффициент. использования поверхности нагрева	ж		-	1
Коэффициент. теплоотдачи от газов к стенке	б1	ж(бк + бл )	Вт/м2К	103+14,3=117,3
Коэффициент. теплопередачи	k		Вт/м2К	93,8
Температурный напор на входе в конвектив. пучок	?tб		°С	916,8
Температурный напор на выходе из конвектив. пучка	?tм		°С	43,83
Средний температурный напор	?t		°С	223
Суммарное тепловосприятие газохода фестона	Qкт			18227,17 4350,31
Расхождение расчетных тепловосприятий	?Q	(Qкт-Qг)/Q	%	2,7

Таблица 8 - Определение невязки теплового баланса котла.

Величина	Единица измерения.	Значение
Наименование	Обозн	Расчетная формула или способ определения
1	2	3	4	5
Полезно используемое тепло от располагаемого	Q”	Qpp * зка * 0,01	Ккал/м3	8060,48
Полезно используемое тепло по отдельным элементам котла: - в топке - в пучке	Qт Q	Из предыдущих размеров	Ккал/м3	4111 4020
Сумма полезно используемого тепла по отдельным элементам К.А.	Q	Q+ Q	Ккал/м3	8131
Расчет невязки теплового баланса К.А,	?Q		Ккал/м3	-55,62
Относительная погрешность расчета.	?		%	0,64
Полученная погрешность удовлетворяет допустимой (2%)

5. Топочное устройство котла КВГМ -100

Газо-мазутное горелочное устройство должно обеспечивать оптимальное условие для правильного смешивания топлива с воздухом, горение смеси и передачи теплоты от факела к тепловоспринимающим поверхностям нагрева.

Газовые горелки различаются по способу смешивания сжигаемого газа с воздухом. Существуют следующие группы горелочных устройств:

-Горелки, газ и воздух в которых предварительно не смешиваются и подаются в топку раздельными потоками;

-Горелки, которые обеспечивают поступление в зону горения потока газовоздушной смеси, содержащей весь необходимый для горения воздух, но конструкция смесителя обеспечивает только грубое предварительное смешивание газа с воздухом;

-Горелки, в которых весь воздух предварительно хорошо перемешивается с газом в специальных смесителях.

В зависимости от способа распыления мазута форсунки делят на:

-Механические (за счет давления мазута);

-Паровые (за счет энергии паровой струи);

-Паро-механические;

-Воздушные высоконапорные или низконапорные;

-Ротационные (центробежные).

Котел КВГМ - 100 оборудован тремя горелками РГМГ - 30 (ротационная газо-мазутная). К достоинствам этой горелки можно отнести: бесшумность при работе, широкий диапазон регулирования, а так же экономичность эксплуатации, так как расход энергии на распыления ниже, чем при механическом, паровом или воздушном распылении.

Распыление жидкого топлива в ротационных форсунках происходит за счет сбрасывания пленки мазута с быстро вращающегося стакана, на который вытекает мазут, подаваемый под небольшим давлением.

Рассмотрим устройство горелки РГМГ-30. Основными частями горелочного устройства являются: ротационная форсунка, газовая часть периферийного типа, воздухо - направляющее устройство вторичного воздуха. Ротор форсунки представляет собой полый вал, на котором закреплены питатели и распыливающий стакан.

Ротор приводится в движение от асинхронного электродвигателя с помощью клиноременной передачи. В передней части форсунки установлен завихритель первичного воздуха аксиального типа с профильными лопатками, установленными под углом 30°.

Первичный воздух от вентилятора первичного воздуха подается к завихрителю через специальные окна в корпусе форсунки.

Воздухонаправляющее устройство вторичного воздуха состоит из воздушного короба, завихрителя аксиального типа с профильными лопатками, установленными под углом 40°, и переднего кольца, образующего устье горелки.

Газовая часть горелки периферийного типа состоит из газораспределяющей кольцевой камеры с однорядной системой газовыдающего отверстия одного диаметра и двух газоподводящих труб.

Горелки устанавливаются на коробе дутья, который крепится к вертикальным камерам фронтового экрана. Из этого короба вторичный воздух поступает в регистры горелок. Ротационные газомазутные горелки требуют так же подвода первичного воздуха, который подается от высоконапорного вентилятора. К РГМГ - 30 устанавливается по одному вентилятору типа 30ЦС - 85 на каждую горелку. Электродвигатели вентиляторов имеют частоту вращения 3000 об/мин. и мощность 7,3 кВт.

Таблица8 - Характеристики горелок РГМГ-30.

Показатель	Единица измерения	Значение
Номинальная тепловая мощность	МВт (Гкал/ч)	34,8 (30)
Коэффициент рабочего регулирования тепловой мощности.	-	7
Давление мазута перед форсункой	МПа	0,2
Давление газа перед горелкой	кПа	41
Давление первичного воздуха	кПа	9
Аэродинамическое сопротивление по вторичному воздуху. (при t=10°С)	кПа	2,5
Вязкость мазута перед форсункой	Ст	8
Коэфф. избытка воздуха за топкой при сжигании мазута.		1,05-1,1
Коэфф. избытка воздуха за топкой при сжигании газа.		1,06
Номинальный расход газа при Qнр=40,38 мДж/кг	кг/час	3370
Номинальный расход газа Qнр=35,4 мДж/м3	м3/час	4060
Марка Электродвигателя.		АОЛ-2-31-2М101
Мощность электродвигателя	кВт	7,3
Масса горелки	кг	788
Габаритные размеры горелки: -длина -ширина -высота	мм	1422 1300 1750

6. Аэродинамический расчет котла КВГМ-100

Целью аэродинамического расчета котельного агрегата является выбор необходимых тягодутьевых машин на основе определения производительности тяговой и дутьевой систем и перепада давления в газовом и воздушном трактах.

Газовоздушный тракт включает в себя воздухопроводы холодного и горячего воздуха, калориферы для подогрева воздуха, запорные и регулирующие органы, тягодутьевые машины, элементы собственно котлоагрегата, золоуловители, газопроводы и дымовые трубы.

Расчет производим для водогрейного котла КВГМ-100. Котел оборудован тремя ротационными горелками типа РГМГ-30. забор воздуха производится с улицы, с последующим подогревом тракта с разделением его на участки. Необходимые для расчета котла конструктивные характеристики приняты по соответствующим чертежам, а так же из пособия «Аэродинамический расчет КУ.» (нормативный метод). Расчет производится в форме таблиц.

Исходные данные:

1) Расход топлива Вr = 3,49м3/с;

2) Теоретически необходимый объём воздуха V0 = 9,53 м3/м3;

3) Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки б = 1,1;

4) Температура воздуха, поступающего к горелкам tХВ=15°С;

5) Температура уходящих газов за котлом tУХ=140°С;

6) Коэффициент избытка воздуха перед горелками бПГ=1,02;

7) Секундный расход воздуха до калорифера:

(7)

8) Секундный расход воздуха после калорифера:

Таблица 9 - Расчетные характеристики котла.

Наименование	Обозн.	Единица измерения.	Значение
			Топка	Конвективный пучок
Средняя скорость газа		м/с	8,32	8,5
Средний объём газа.	Vr	м3/с	11,407	12,13
Диаметр труб.	d	мм	-	28
Расположение труб	-	-	-	шахматное
Число рядов по ходу	Z2	шт.	-	78
Отношение поперечного шага к диаметру	S1/d	-	-	2,3
Отношение продольного шага к диаметру	S2/d	-	-	1,43

Таблица10 - Аэродинамический расчет газоходов котла.

Величина	Единица. измерения.	Значение
Наименование	Обозн	Расчетная формула или способ определения
1	2	3	4	5
Воздушный тракт от заборного окна до вентилятора.
Расчет дутья Поверхность окна. Скорость воздуха. Коэфф. сопротивления. Сопротивление заборного окна. Динамическое давление.	F ю ж ?h hд	а*b Vc/F По таблице ж* hд по рисунку	м2 м/с кг/м2 мм.вс т.	2,28 14,1 0,3 3,0 10,0
Поворот конфузор на 90° с закругленными кромками Отношение . Отношение . Отношение . Расчетная скорость. Произведение. Коэф. сопротивления. Поправочный коэфф. Поправочный коэфф.	- - ю k?ж0 ж b c	F1/F2 a/b r/b Vсек/F2 Рисунок k?ж0bc рисунок рисунок	- - - м/с - - -	0,61 088 0,2 23,2 0,45 0,472 1,0 27,0
Трение на участке Эквивалентный диаметр. Коэфф. сопротивления. Сопротивление. Сопротивление участка	dэ ж ?h Н	ж* hд У?hi	м - кг/м2 кг/м2	1,7 0,18 1,8 17,56
Участок от вентилятора до горелок.
Диффузор за вентилятором Отношение сечений. Относительная длина . Скорость воздуха . Отношение Коэф. сопротивления. Динамическое давление Сопротивление	F1/F2 щ 1/b1 ж hд ?h	F1/F2 Vсек/F1 l/b1 Рисунок рисунок ж hд	- - - м/с - - мм.в ст. кг/м2	2,1 1,67 28,2 1,25 0,3 43 12,9
Поворот на 90° с закругленными кромками. Отношение. Отношение. Скорость воздуха. Произведение. Поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент. Коэффициент. сопротивления. Динамическое давление Сопротивление.	- - щ k?ж b с ж hд ?h	a/b r/b Vсек/F1 Рисунок рисунок рисунок k?жbc рисунок ж hд	- - м/c - - - - мм.в ст. кг/м2	1,2 0,31 14.2 0,35 1,0 1,05 0,31 12,0 3,72
Калорифер Тип. Количество. Живое сечение. Расход холодного воздуха Скорость воздуха Поверхн. нагрева Общая поверхн. нагрева Множитель. Сопротивление.	- n fk Vсек щ Н Нр щсg ?h	ГОСТ 15150-69 - Паспортные данные Vсек/ fk Паспортные данные Н*n 0,153*1,15(юсg)1.69	- шт м2 м3/с м/с м2 м2 кг/м2с кг/м2с	КСк4-12 6 2,448 6,4 2,6 173 1038 6,05 3,7
Диффузор в прямом канале. Отношение. Угол раскрытия д . Коэффициент. сопротивления д. Коэффициент. вентури. Коэффициент. сопротивления. Динамическое давление Сопротивление.	Fм/Fб tgб/2 жд цр ж hд ?h	Fм/Fб По констр. котла Рисунок рисунок цр жд рисунок ж hд	- - - - - мм.в.ст кг/м2	0,619 0,174 0,15 0,52 0,08 12,0 1,0
Поворот на 90° с закругленными кромками. Отношение. Отношение. Скорость воздуха. Коэффициент. сопротивления. Произведение. Поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент. Динамическое давление Сопротивление.	r/b a/b щ ж k?ж b с hд ?h	r/b a/b Vсек/F1 k?жbc Рисунок рисунок рисунок рисунок ж hд	- - м/c - - - - мм.в ст. кг/м2	0.63 1.21 9.3 0,5 0,53 1,0 0,95 4,8 1,0
Трение на участке Эквивалентный диаметр. Коэффициент. сопротивления трения. Скорость Длина участка Коэффициент. сопротивления. Сопротивление . Динамическое давление	dэ л щ l ж ?h hд	- Vсек/F1 - ж hд рисунок	м - м/с м - кг/м2 мм.в.ст.	12,1 0,02 8,9 30 1,8 0,29 1,38 4,8
Боковое ответвление раздающего тройника к нижнему ярусу горелок. Скорость воздуха в ответвлении Площадь бокового ответвления. Отношение скоростей. Угол поворота.	щб Fб щб /щм б	a*b щб /щм по конструкции	м/с м2 - град	10,2 0,96 1,14 45
Боковое ответвление раздающего тройника к нижнему ярусу горелок. Отношение. Отношение. Произведение. Поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент. Коэффициент. сопротивления. Сопротивление Динамическое давление	r/b a/b k?ж0 b c ж ?h hд	r/b a/b рисунок рисунок рисунок k?ж0bc+ жб ж hд рисунок	- - - - - - кг/м2 мм.в.ст	0,3 0,66 0,39 0,65 1,1 0,48 1,38 6,2
Поворотный шибер Количество. Коэффициент. сопротивления Сопротивление. Динамическое давление	n ж ?h hд	по конструкции таблица ж hд рисунок	шт. - кг/м2 мм.в.ст	3 0,3 1,86 6,2
Ротационная газомазутная горелка. Количество. Площадь сечения для прохода воздуха. Скорость. Коэффициент. сопротивления. Динамическое давление Сопротивление.	n Fr щ ж ?h hд	по конструкции по конструкции Vсек/Fr таблица ж hд рисунок	шт м2 м/с кг/м2 мм.в.с.	3 1,2 33,84 3 162 54
Суммарное сопротивление участка. Самотяга заборного воздуховода. Перепад полных давлений воздушного тракта.	Н hc ?Н	У?hi рисунок УН	кг/м2 кг/м2 кг/м2	210,4 2,0 226
Участок от выхода из топочной камеры до выхода из котла.
Поворот на выходе из топочной камеры. Скорость газов. Отношение сечений. Отношение длин . Произведение. Поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент. Коэффициент сопротивления. Динамическое давление. Сопротивление	щ F2/F1 а/b k?ж0 b с ж hд ?h	Vсек/Fr F2/F1 а/b рисунок рисунок рисунок рисунок рисунок ж hд	м/с - - - - - - мм.в.с. кг/м2	8,32 0,52 1,1 0,66 1,0 1,0 0,66 1,8 1,2
Поворотная камера Температура газов на входе в поворотную камеру Температура газов на выходе из камеры Скорость на входе Скорость на выходе Коэффициент. сопротивления Сопротивление.	э ы ю щ” ж ?h	из теплового расчета ----//---- - - рисунок	°С °С м/с м/с - кг/м2	1140 1089 8,32 7,9 1,0 4,17
Три пакета конвективных пучков. Расчетная скорость. Коэффициент сопротивления Сопротивление.	щ ж ?h	Из теплового расч. рисунок	м/с - кг/м2	8,5 1,19 103
Конфузор. Отношение сечений. Скорость газов. Коэффициент. сопротивления. Сопротивление.	F2/F1 щ ж ?h	F2/F1 Рисунок	- м/с - кг/м2	0,46 9,14 0,27 1,45
Поворот на 135° с изменением сечения Отношение. Произведение. Поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент Коэффициент. сопротивления. Динамическое давление Сопротивление .суммарное сопротивление котла	F2/F1 k?ж0 b с ж hд ?h Нi	F2/F1 Рисунок рисунок рисунок k?жbc рисунок ж hд У?hi	- - - - - мм.в ст кг/м2. кг/м2	0,58 0,3 2,4 1,0 0,72 13,0 9,4 119.22
Участок от выхода из котла до дымососа.
Поворот на 45° с изменением сечения Отношение. Произведение. Поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент Коэффициент. сопротивления. Динамическое давление Сопротивление.	F2/F1 k?ж0 b с ж hд ?h	F2/F1 Рисунок рисунок рисунок k?жbc рисунок ж hд	- - - - - мм.в ст кг/м2.	0,73 0,35 0,6 1,0 0,21 24 5,0
Трение на участке Эквивалентный диаметр. Коэффициент. сопротивления трения. Длина участка Коэффициент. сопротивления. Сопротивление . Динамическое давление	dэ л l ж ?h hд	рисунок по констр. р-рам ж hд рисунок	м - м - кг/м2 мм.в.ст.	1,71 0,02 1,0 0,012 2,9 24,0
Главный поворот на 90°С Отношение. Коэффициент. сопротивления. Динамическое. давление	r/b ж hд	r/b П.2-31[2]. рисунок	- - мм.в.ст.	1,2 0,3 24,0
Диффузор за вентилятором Отношение сечений. Относительная длина . Коэффициент. сопротивления. Динамическое давление Сопротивление Суммарное сопротивление	F1/F2 1/b ж hд ?h Н2	F1/F2 l/b Рисунок Рисунок ж hд У?hi	- - - мм.в ст. кг/м2 кг/м2	2,66 3,34 0,22 62 13,6 28,7
Участок от дымососа до входа в дымовую трубу.
Диффузор в прямом канале Отношение сечений. Отношение размеров . Коэффициент. сопротивления. Динамическое давление Сопротивление	F1/F2 1/f ж hд ?h	F1/F2 l/f Рисунок Рисунок ж hд	- - - мм.в ст. кг/м2	1,97 3,34 0,22 19 4,2
Поворот на 45° Отношение. Отношение. Коэффициент. сопротивления. Произведение. Поправочный коэффициент. Поправочный коэффициент. Динамическое давление	r/b a/b ж k?ж b с hд	r/b a/b k?жbc Рисунок рисунок рисунок рисунок	- - - м/c - - мм.в ст.	0,8 1,4 5,3 0,42 0,7 0,95 19,0
Трение на участке Эквивалентный диаметр. Коэффициент. сопротивления трения. Длина участка Коэффициент. сопротивления. Сопротивление . Динамическое давление	dэ л l ж ?h hд	рисунок по констр. р-рам ж hд рисунок	м - м - кг/м2 мм.в.ст.	1,75 0,02 29 0,33 6,4 19,0
Вход в дымовую трубу. Коэффициент. сопротивления Динамическое давление Сопротивление . Суммарное сопротивление участка	ж hд ?h Н3	Рисунок ж hд У?hi	мм.в.ст. кг/м2 кг/м2	0,33 19,0 14,1 30
Дымовая труба.
Трение в дымовой трубе. Коэффициент сопротивления выхода. Потеря давления с выходной скоростью Плотность газов. Скорость газов. Коэффициент сопротивления трения. Уклон. Сопротивление трения. Сопротивление дымовой трубы.	ж ?hм с щ л i ?hтр Н	Рисунок Таблица - - - ?hтр+?hм	- кг/м2 м/с - - кг/м2 кг/м2	1,0 26,0 0,124 20,3 0,05 0,02 8,0 34,0
Диффузор. Скорость газов. Отношение сечений Коэффициент сопротивления. Динамическое давление. Сопротивление.	щ F2/F1 ж hд ?h	П.3-46[2]. F2/F1 рисунок рисунок ж hд	м/с - - мм.в.ст. кг/м2	25 1,7 0,3 26 7,8
Дымовая труба.
Суммарное сопротивление участка. Суммарное сопротивление газового тракта с учетом поправок. Средняя температура газов.	Н4 ?Н	У?hi УН1-4*µ Из теплового расчета	кг/м2 кг/м2 °С	41,8 215 614,5
Самотяга дымовой трубы. Высота дымовой трубы. Средняя температура газов. Объёмная доля водяных паров.	Нт rН2О	По конструкт. р-рам -	м °С	123 135 0,160
Определение перепада полных давлений, самотяга опускной шахты. Высота шахты. Удельная самотяга. Самотяга дымовой трубы. Суммарная самотяга газового тракта. Перепад полных давлений по тракту.	Нш h'c hc Hc ?Hп	По констр. р-рам Рисунок Нтр*h'с У hc h"т+?H- Hc	м кг/м3 кг/м2 кг/м2 кг/м2	8,2 -0,35 -43,05 -36,85 180,5

На основании аэродинамического расчета котельного агрегата выбирается вспомогательное тягодутьевое оборудование. Согласно техническим условиям на поставку водогрейных котлов КВГМ-100 они комплектуются следующими тягодутьевыми машинами:

· Дымосос Д-18*2, производительностью 248000м3/час, напор 198 кг/м2, Nоб=600/500мин-1, Wдвиг=250/145КВт,

· Дутьевой вентилятор ВД-15,5, производительностью 69000м3/час, напор 372кг/м2, Nоб=750мин-1, Wдвиг.=120КВт., в количестве двух штук.



Рисунок 3 - Аэродинамическая характеристика вентилятора ВД-15,5

7. Расчёт теплообменного аппарата (калорифера).

7.1 Общая классификация

В отопительно-вентиляционной технике в основном применяют водяные и паровые воздухонагреватели (калориферы). Чаще используются водяные калориферы, потому что пар как теплоноситель имеет целый ряд недостатков.

Водяные и паровые воздухонагреватели разделяются:

- по форме поверхности - на гладкотрубные и ребристые. Ребристые калориферы по форме ребер бывают пластинчатые и спирально-навивные;

- по характеру движения теплоносителя - на одноходовые и многоходовые.

По размерам поверхности нагрева водяные и паровые воздухонагреватели подразделяются на четыре модели: самую малую (СМ), малую (М), среднюю (С) и большую (Б).

7.2 Конструкция воздухонагревателей

В разделе рассматриваются конструкции воздухонагревателей, применяемые в настоящее время в системах вентиляции, воздушного отопления и кондиционирования воздуха.

Нагревательным элементом в водяных и паровых калориферах служат трубы различной конструкции, внутри которых проходит теплоноситель. Нагревание воздуха происходит в основном за счет конвективной передачи теплоты при омывании воздухом теплоопределяющей поверхности.

Основные элементы конструкции воздухонагревателей показаны на рис. 4.

Расположение труб в калориферах по ходу движения воздуха может быть коридорное или шахматное (рис. 5). При шахматном расположении труб обеспечиваются лучшие условия теплопередачи, особенно для второго и последующих рядов труб, однако в этом случае возрастает сопротивление движению воздуха. Некоторое увеличение сопротивления воздухонагревателей проходу воздуха существенного значения не имеет. Более важным является повышение интенсивности теплопередачи. Числом труб определяется модель воздухонагревателя. Самая малая модель (СМ) имеет один ряд труб; малая

Рис. 4. Схема конструкции калориферов: 1 -- трубы; 2 -- распределительная коробка; 3 -- подводящий и отводящий трубопроводы; 4 -- сборная коробка.

Рис. 5. Расположение труб в калориферах: а -- шахматное; б -- коридорное.

(M) -- два ряда; средняя (С) -- три ряда и большая (Б) -- четыре. В настоящее время промышленностью выпускаются средняя и большая модели.

В зависимости от схемы движения теплоносителя воздухонагреватели могут быть одно или многоходовые . В одноходовых калориферах теплоноситель движется в одном направлении, а в многоходовых -- многократно (4-8 раз) меняет направление движения вследствие наличия в коллекторах приваренных перегородок. Каждый ход образуется частью имеющихся в калорифере трубок, в результате чего уменьшается живое сечение для прохода теплоносителя и, следовательно, увеличивается его скорость и возрастает коэффициент теплопередачи, если воздухонагреватель обогревается водой. Одноходовые воздухонагреватели имеют диагональное, а многоходовые -- одностороннее расположение присоединенных штуцеров.

Рис. 6. Схема движения теплоносителя в одно - (а) и в многоходовых (б) калориферах.

Живое сечение труб в многоходовых калориферах при прочих равных условиях меньше и, следовательно, больше сопротивление движению теплоносителя.

Промышленностью выпускается несколько типов водяных и паровых воздухонагревателей, различающихся между собой конструкцией труб.

Гладкотрубные воздухонагреватели. Нагревательным элементом в этих калориферах служат трубы с гладкой поверхностью. Для увеличения теплопередающей поверхности и коэффициента теплопередачи предусматривается большое количество труб с расстоянием между ними 0,5 см. Несмотря на это, теплотехнические показатели гладкотрубных воздухонагревателей все же ниже, чем у калориферов других типов. Поэтому гладкотрубные воздухонагреватели применяют при небольших расходах нагреваемого воздуха и незначительной степени его нагрева.

Ребристые воздухонагреватели. В ребристых воздухонагревателях наружная поверхность труб имеет оребрение, в результате чего площадь теплоотдающей поверхности возрастает. Количество труб у этого вида калориферов меньше, чем у гладкотрубных, но теплотехнические показатели выше.

Воздухонагреватели биметаллические со спирально-накатным оребрением типов КСК3, КСК4, предназначены для нагрева воздуха в системах воздушного отопления, вентиляции, кондиционирования и сушильных установках. Воздух, поступающий в воздухонагреватели, по предельно допустимой концентрации вредных веществ должен соответствовать ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны». Он не должен содержать липких веществ и волокнистых материалов, запыленность не должна превышать 0,5 мг/м.

В качестве теплоносителя в воздухонагревателях КСК3 и КСК4 применяется горячая вода с температурой до 180 °С и рабочим давлением до 1,2 МПа, удовлетворяющая требованиям СНиП 2-04-07-86 «Тепловые сети». Воздухонагреватели КСК3 и КСК4 выпускаются по ТУ 22-57557-84.

Биметаллические воздухонагреватели производятся двух моделей: КСК3 -- средняя; КСК4 и -- большая модель.

В зависимости от размеров воздухонагреватели каждой модели подразделяются на семь типоразмеров с № 6 по № 12.

Воздухонагреватели состоят из биметаллических теплообменных элементов, трубных решеток, крышек с перегородками и боковых щитков. Теплообменник выполнен из определенного количества теплопередающих трубок в зависимости от модели и типоразмера воздухонагревателя. Воздухонагреватели КСК3 имеют три ряда трубок по направлению воздуха, а КСК4 -- четыре.

Теплопередающая трубка выполнена из двух трубок, насаженных на другую: внутренняя -- стальная, с наружным диаметром 16 мм, толщиной стенки 1,2 мм; наружная -- алюминиевая, с накатным на ней оребрением. Теплопередающие трубки вварены в трубчатые решетки с поперечным шагом между трубками 41,5 мм, продольным -- 36 мм.

У воздухонагревателей КСК3 и КСК4 к трубчатым решеткам приварены крышки, образующие распределительно-сборные коллекторы. Одна из крышек глухая, другая имеет два патрубка для подвода и отвода теплоносителя. Многоходовое движение теплоносителя создается с помощью перегородок, которые установлены в распределительно-сборных коллекторах. Теплообменники КСК3 и КСК4 должны устанавливаться с горизонтальным расположением теплопередающих трубок.

Калорифер водяной с биметаллическим спирально-накатным алюминиевым оребрением теплоотдающих элементов предназначен для нагрева воздуха с предельно-допустимым содержанием химически агрессивных веществ по ГОСТ 12.1.005-88 с запыленностью не более 0,5 мг/мі, не содержащего липких веществ и волокнистых материалов в системах вентиляции, воздушного отопления и кондиционирования воздуха.

Калорифер предназначен для эксплуатации в районах с холодным климатом, категории размещения 3 по ГОСТ 15150-69.

Температура теплоносителя - вода не более 180 град.°С и давлением не более 1,2 МПа.

Технические характеристики и размеры приведены в табл. 12. Характеристики приведены для режима:

- температура воды на входе - 150оС;

- температура воды на выходе - 70оС;

- температура воздуха на входе - минус 25оС;

- массовая скорость в набегающем потоке - 3,6 кг/м2с

Теплоноситель - горячая или перегретая вода с параметрами:

- рабочее давление не более - 1,2 МПа;

- температура не более - 190оС

Показатели надежности:

- средний срок службы, лет, не менее - 11;

- полный установленный ресурс, ч, не менее - 13200;

- установленная безотказная наработка, ч, не менее - 3000;

- среднее время восстановления работоспособного состояния, ч, не более - 12.

Калорифер состоит из теплоотдающих элементов трубных решеток, крышек и съемных боковых щитков.

Для установки и крепления калориферов при монтаже предусмотрены овальные отверстия 11х15 по боковым сторонам трубных решеток и съемных щитков.

Присоединительные размеры всех калориферов с единым шагом 125мм дают возможность обеспечить сборку калориферов по высоте и длине и собрать калориферную установку производительностью по воздуху до 500 тыс.м3/час. Присоединительные размеры калориферов соответствуют ГОСТ 7201-70.

Теплоотдающий элемент выполнен из стальной трубы 16х1,6мм и алюминиевого накатного оребрения с диаметром 39мм. Шаг между ребрами 3мм.

В зависимости от числа ходов теплоносителя привариваются боковые крышки с перегородками.

Гарантийный срок - 12 месяцев.

Установка биметаллических калориферов должна производиться так, чтобы теплообменные трубы находились в вертикальном положении. Важную роль здесь будут играть виброизоляторы, которые выполняют термоизолирующую и противовибрационную функции. При параллельной групповой установке боковые щитки могут сниматься в целях достижения компактности и упрощения монтажа. При установке в батарею, необходимо добиться полной герметичности между ними. При монтаже убедиться в наличии резиновых прокладок, а при их отсутствии установить между торцами решеток и щитками. Калорифер не должен устанавливаться на подвижные объекты, создающие внешнюю вибрацию более 2 мм/с. Калорифер монтируется в тепловые вентиляционные установки при помощи болтов. К теплоподводящей системе калорифер подсоединяется фланцевым соединением. Нарушение правил установки может привести к неправильному функционированию и сокращению срока эксплуатации.

рис.8 - типовая схема калорифера рис.9 - правила подключения калорифера

Сегодня модели КСк промышленных калориферов являются прекрасной альтернативой среди других обогревательных приборов благодаря значительно невысокой материалоемкости и усовершенствованным теплотехническим и аэродинамическим показателями.

7.3 Проектирование воздухонагревательных установок

Воздухонагревательные установки могут быть скомпонованы из теплообменников выпускаемых промышленностью типоразмеров. При проектировании можно использовать воздухонагреватели различных типов, моделей и номеров; предусматривать разную фронтальную поверхность и количество рядов теплообменников по ходу воздуха. Следовательно, для каждого конкретного случая возможно множество решений. Цель расчета -- выявление такой установки, которая бы в заданных условиях работы имела наименьшие фронтальные размеры, поверхность нагрева, аэродинамическое и гидравлическое сопротивления. Эти требования диктуются экономическими и эксплуатационными соображениями.

Приведенные требования к воздухонагревательным установкам противоречивы. Так, например, меньшее сопротивление проходу воздуха имеют установки, состоящие из воздухонагревателей малой глубины, т. е. малой или средней модели, но фронтальные размеры таких установок будут большими, чем при использовании теплообменников большой модели; более высокие значения коэффициентов теплопередачи и, соответственно, меньшие поверхности нагрева можно получить при последовательном соединении по воде всех воздухонагревателей установки, однако в этом случае гидравлическое сопротивление будет максимальным и т. д. Обычно принимаемый вариант компоновки воздухонагревательной установки является компромиссным решением, в достаточной мере удовлетворяющим указанным требованиям. Сформулировать требования и правила для расчета оптимального варианта воздухонагревательной установки, пригодные для всех практических случаев, невозможно, так как эти требования в конкретных случаях сильно разнятся. Поэтому вариант компоновки воздухонагревательной установки определяют методом подбора с учетом конкретных условий.

Дня уменьшения количества рассчитываемых вариантов рекомендуется задаваться массовой скоростью воздуха в живом сечении теплообменника ориентировочно в пределах 4,0-8,0 кг/мс независимо от типа и модели воздухонагревателя. В этом случае аэродинамическое сопротивление установки составляет примерно от 5% до 25% сопротивления всего воздушного тракта приточной системы. Основой для этих рекомендаций послужили обобщение практического опыта проектирования воздухонагревательных установок и экономические соображения. При весовой скорости воздуха менее 4,0 кг/мс получается довольно большое фронтальное сечение воздухонагревательной установки, и приточная камера будет громоздкой и дорогой. При весовой скорости воздуха более 8,0 кг/мс фронтальные размеры установки будут относительно небольшие, но ее аэродинамическое сопротивление -- чрезмерно велико.