Введение

Таблица 1.1.1. - Техническая характеристика теплогенератора.

Описание конструкции котла

Рис. 1.1.2.1 Котёл КЕ 2,5-1,4

Рис. 1.1.2.1. Котел паровой КЕ 2,5-1,4

Паровой котел Е-2.5-1,4Р производительностью 2.5 т/ч со слоевыми механическими топками предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, идущего на технологические нужды промышленных предприятий, в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Основными элементами котла являются: верхние и нижние барабаны с внутренним диаметром 1000 мм, левый и правый боковые экраны и конвективный пучок, выполненные из труб 512,5 мм. Топочная камера образована боковыми экранами, фронтовой и задней стенками.

Ширина топочной камеры по осям экранных труб составляет 2270 мм. Топочная камера разделена кирпичной стенкой на собственно топку и камеру догорания, которая позволяет повысить КПД котла за счет снижения механического недожога. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла асимметричные.

Трубы конвективного пучка, развальцованные в верхнем и нижнем барабанах, установлены с шагом 90 мм вдоль барабана, в поперечном сечении-с шагом 110 мм (за исключением среднего ряда труб, шаг которых равен 120 мм; ширина боковых пазух - 195-387 мм).

Установкой одной шамотной перегородки, отделяющей камеру догорания от пучка, и одной чугунной перегородки, образующей два газохода, в пучках создается горизонтальный разворот газов при поперечном обмывании труб.

Особенностью конструкции котла является наличие плотных, боковых экранов в области топочной камеры и ограждающих стен в конвективном пучке (с шагом 55 мм при трубах 512,5 мм). Боковые экраны и крайние боковые ряды труб конвективного пучка объединены общими коллекторами по всей длине котла.

В нижнем барабане котла размещено устройство прогрева котла при пуске паром, состоящее из подводящей трубы с пароводяным эжектором. Применение плотных экранов позволяет заменить тяжелую обмуровку на боковых стенах котлов натрубной, состоящей из слоя шамотобетона толщиной 25 мм по сетке и нескольких слоев изоляционных плит общей толщиной около 100 мм.

Обмуровка фронтовой стенки предусмотрена толщиной 335 мм. Первый слой обмуровки выкладывается шамотным кирпичом, второй слой - кирпичом диатомитовым, третий слой - асбестовермикулитовыми плитами.

Обмуровка задней стенки предусмотрена толщиной 100 мм. Материал обмуровки - асбестовермикулитовые плиты.

Стенка камеры догорания толщиной 250 мм и перегородка между трубами пучка выполняются из шамотного кирпича.

За котельными агрегатами, в случае сжигания каменных и бурых углей с приведенной влажностью W_пр 8, устанавливаются водяные экономайзеры, а при сжигании бурых углей с приведенной влажностью W_пр 8 - трубчатые воздухоподогреватели. Котел оснащен контрольно-измерительными приборами и арматурой в пределах котла, оборудован предохранительными клапанами.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Описание топочного устройства

В качестве топочного устройства для сжигания отечественных каменных и бурых углей устанавливается топка ЗП-РПК2-1800/1,525 с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками.

Топливо на колосниковое полотно подается пневмомеханическими забрасывателями. Под камеры догорания наклонен таким образом, чтобы основная масса кусков скатывалась на решетку.

В топке процесс горения полностью механизирован. Топка может работать как на холодном дутье, так и на горячем воздухе. Температура горячего воздуха не должна превышать 250 ⁰С.

Техническая характеристика топки:

Коэффициент избытка воздуха в конце топки - 1,4-1,5

Давление воздуха под решеткой - 0,8 (80) кПа (кгс/м²)

Тип забрасывателей - ЗП-400

Гидравлическая схема циркуляции теплоносителя

Рис. 1.1.4 - .Схема расположения арматуры

1п - питательная вода; 1к - котловая вода; 2к - насыщенный пар; 2к-конденсат пара;

1 кп - линия периодической продувки;

1 кн - линия непрерывной продувки;

2 нс - пар на собственные нужды; 2 но-отбор проб пара.

1.2 Состав, количество и теплосодержание продуктов сгорания

Выбор расчётных избытков воздуха по газовому тракту котла, расчетная схема котла

Коэффициент избытка воздуха принимаем б_т=1,45. Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котла увеличивается. Расчет ведем по формуле:

б_i= б_г+Д б_i

б_т=1,45

б_к=1,45+0,1=1,55

б_вп'=1,55+0,1=1,65

_вп^»=1,65+0,1=1,75

Рис. 1.2.1. - Движение газов по газовому тракту котла

Таблица 1.2.2 - Состав и количество продуктов сгорания

Состав и количество продуктов сгорания

Тип топлива: бурый уголь

Средний элементарный состав, %

W^р=20

N^р= 0,8

C^р = 43,4

H^р = 3,4

O^р=12,2

А^р =20

Теплосодержание продуктов сгорания

Количество теплоты, содержащееся в продуктах сгорания, называют энтальпией продуктов сгорания. Энтальпию найдем по формуле

I = (V_C) t = (V_RO2 C_RO2 + V_R2^min C_R2 + V_H2O^min C_H2O + V C_{изб.возд.}) t

где, С - объемные теплоемкости, кДж/м^{3 0}С;

V_RO2, V_R2^min, V_H2O^min, V - объемы соответственно трехатомных газов, двухатомных газов, водяных паров, избыточного воздуха, м³/кг;

Расчет проведем в форме таблицы 1.2.3

По результатам вычислений построим график 1.2.3-I-t диаграмма

Таблица 1.2.3. - Теплосодержание продуктов сгорания

График 1.2.3. - Теплосодержание продуктов сгорания. I-t диаграмма

1.3 Составление теплового баланса котла

Уравнение теплового баланса может быть представлено в виде q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆=100%

Коэффициент полезного действия определяется из выражения _к = 100 - (q₂+q₃+q₄+q₅+q₆)%, где:

1. q₂ - потери тепла с уходящими газами;

2. q₃ - потери тепла от химического недожога топлива;

3. q₄ - потери тепла от механического недожога;

4. q₅ - потери тепла в окружающую среду;

5. q₆ - потери тепла со шлаком.

Температуру уходящих газов принимаем t_ух.=140 ⁰С. Значит, теплосодержание уходящих газов берется из I-х диаграммы и будет равно 384,7 ккал/кг при значении коэффициента избытка воздуха равном 1,75.

Теплосодержание поступающего холодного воздуха при температуре 30 С^о по формуле =9,5(ккал/кг);

Располагаемая теплота:

где - - низшая теплота сгорания на рабочую массу, какл/кг

- теплота, вносимая в котельный агрегат воздухом, ккал/кг

- физическая теплота топлива, ккал/кг

Где - с_тл и t_тл - удельная теплоёмкость топлива и его температура.

Потери тепла с уходящими газами:

- энтальпия теоретического объема холодного, ккал/кг;

Потери тепла от химического недожога топлива:

q₃=1% (табл. XX[5])

Потери тепла от механического недожога топлива:

q₄=5,5%

Потери тепла за счет наружного охлаждения котла:

q₅=3,58% (стр. 50 [2])

Потери тепла со шлаком:

Коэффициент полезного действия определяется по формуле:

=100 - (q₂+q₃+q₄+q₅+q₆)=100 - (7,4+1+5,5+3,58+0,62)=82,78%

Расхода топлива подаваемого в топку, кг/с;

Где Q₁ - полезная мощность котла, ккал/с

- паропроизводительность котла, кг/с

- энтальпия перегретого пара, ккал/кг

- энтальпия питательной воды, ккал/кг

Расчётный расход топлива, ккал/час:

Коэффициент сохранения теплоты:

1.4 Поверочный тепловой расчёт топочной камеры

Определение лучевоспринимающей поверхности

Определение площади ограждающих поверхностей топки:

Расчёт теплообмена в топочной камере

Полезные тепловыделения в топке

Q_т.=

Таблица 1.4.2 - Расчет температуры газов на выходе из топки.

Qл = (I_тг - I_т) = 0,96(4000-2075)=1848 ккал/кг

1.5 Поверочный тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева

Расчет первого конвективного пучка

Конструктивные характеристики газохода помещаем в таблицу 1.5.1.1.

Расчет первого газохода производим при _к=1,55. Приращением значения коэффициента избытка воздуха пренебрегаем, т.е. I_В=0.

Расчет проводим в форме таблицы 1.5.1.2. По значениям Q_б и Q_т строим вспомогательный график 2 и определяем температуру газов на выходе из первого газохода.

Таблица 1.5.1.1-Основные конструктивные характеристики первого газохода

Таблица 1.5.1.2. - Тепловой расчет первого газохода

График 1.5.1. - Вспомогательный для определения температур.

Расчет второго конвективного пучка

Конструктивные характеристики газохода помещаем в таблицу 1.5.2.1.

Расчет второго газохода производим при _к=1,55.

Расчет проводим в форме таблицы 1.5.2.1.

По значениям Q_б и Q_т строим вспомогательный график и определяем температуру газов на выходе из 2 газохода ₂=340⁰С.

Таблица 1.5.2.1-Основные конструктивные характеристики второго газохода

Таблица 1.5.1.2. - Тепловой расчет второго газохода

График 1.5.2. - Вспомогательный для определения температур.

2. Конструктивный расчет хвостовых поверхностей нагрева

1) Выбор конструкции воздухоподогревателя:

Возьмем предварительно воздухоподогреватель с характеристиками:

Длина трубы L = 1,93 м

Площадь поверхности нагрева Н = 85м²

Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания F_прод = 0,203м²

Площадь живого сечения для прохода воздуха F_в = 0,228 м²

I_вп - энтальпия газов на входе при t=316°С; I_вп=960 ккал/кг

2) Определяем минимальный температурный напор на горячем конце воздухоподогревателя:

3) Определяем тепловосприятие в воздухоподогревателе:

4) Энтальпия продуктов сгорания после воздухоподогревателя:

5) Температурный напор между продуктами сгорания и воздухом при перекрёстном токе:

6) Скорость продуктов сгорания:

7) Скорость воздуха:

8. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от продуктов сгорания к стенке труб при продольном омывании:

9) Суммарный коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке труб:

10) Суммарный коэффициент от воздуха к стенке труб:

11) Коэффициент теплопередачи:

12)

3. Проверка теплового баланса

Тепловой баланс котельного аппарата проверяют по полученному теплу и находят невязку, которая не должна превышать 0,5%

Невязка теплового баланса определяется по уравнениям:

Q=, где

Q_л, Q_к, Q_вп - количество теплоты воспринятые лучевоспринимающими поверхностями, газоходами котла, воздухоподогревателем, ккал/кг

4. Тепловая схема ТГУ и ее расчет

4.1 Выбор тепловой схемы и ее описание

Для расчета принимается тепловая схема отопительно-производственной котельной с паровыми котлами КЕ 2,5-1,4 для закрытой системы теплоснабжения. Принципиальная тепловая схема характеризует сущность основного технологического процесса преобразования энергии и использования в установке теплоты рабочего тела. Она представляет собой условное графическое изображение основного и вспомогательного оборудования, объединенного линиями трубопроводов рабочего тела в соответствии с последовательностью его движения в установке.

Основной целью расчета тепловой схемы котельной является:

- определение общих тепловых нагрузок, состоящих из внешних нагрузок и расходов тепла на собственные нужды, и распределением этих нагрузок между водогрейной и паровой частями котельной для обоснования выбора основного оборудования

Таблица 4.1. - Исходные данные для расчета тепловой схемы котельной

4.2 Расчет тепловой схемы ТГУ

Расчетный напор для сетевого насоса:

м

Расчетная производительность сетевого насоса:

м³/ч

К установке принимаем 2 насоса СЭ800-100.

Для летнего режима подходят насосы как для самого холодного месяца.

Дополнительного оборудования не требуется.

Подбор насоса сырой воды.

Расчетный напор для насоса сырой воды:

м

где =9,7 м высота расположения деаэрационной колонки, принимается равной высшей отметки котла.

Расчетная производительность насоса сырой воды:

м³/ч

К установке принимаем 1 насос 10 НКу-7-2 и резервный параллельно основному. Для летнего режима подходят насосы как для самого холодного месяца. Дополнительного оборудования не требуется.

Подбор подпиточного насоса

Расчетный напор для подпиточного насоса:

м

Расчетная производительность подпиточного насоса:

м³/ч

К установке принимаем 1 насос 12Д-9 и резервный параллельно основному.

Для летнего режима подходят насосы как для режима самого холодного месяца. Дополнительного оборудования не требуется.

Подбор питательного насоса

Расчетный напор для питательного насоса:

м

Расчетная производительность питательного насоса:

м³/ч

К установке принимаем 1 насос ЦНГС 38-198 и резервный параллельно основному. Для летнего режима подходят насосы как для режима самого холодного месяца. Дополнительного оборудования не требуется.

Подбор деаэрационной колонки и бака аккумулятора деаэратора

Подбор деаэрационной колонки осуществляется по максимальному расходу через деаэратор G_д^макс. Для паровой котельной - это расход через питательный насос за вычетом утечек тепловой сети:

Подбор бака деаэрированной воды осуществляется по 20 минутной производительности деаэрационной колонки:

Подбор деаэратора выполняем под расход 18,73 т/ч.

К установке принимаем атмосферный деаэратор марки ДА-50/15. Габаритные размеры 6140х2230х4135.

5. Расчет системы ХВО

Основной задачей подготовки воды в котельных является борьба с коррозией и накипью. Коррозия поверхностей нагрева котлов подогревателей и трубопроводов тепловых сетей вызывается кислородом и углекислотой, которые проникают в систему вместе с питательной и подпиточной водой.

Обработка исходной (сырой) воды на котельной в общем случае предусматривает: удаление примесей (фильтрация), снижение жёсткости (умягчение), поддержание определённой щёлочности, снижение общего солесодержания, удаление растворённых агрессивных газов (дегазация).

Снижение жёсткости и общего солесодержания, поддержание щёлочности производят с помощью химической обработки исходной воды.

В паровой котельной общая щёлочность питательной воды не должна превышать 0,02 мгэкв/л для водотрубных котлов с экранами и давлением пара 1,4 МПа при сжигании твёрдого топлива. Если карбонатная жёсткость исходной воды для водогрейной котельной или общая жёсткость питательной воды для паровой котельной, то необходима водоподготовка с умягчением воды.

Для паровой котельной при выборе схемы обработки определяют следующие величины.

1) Общая жёсткость питательной воды (содержание солей кальция и магния):

Где - общая жёсткость исходной воды и возвращаемого потребителям конденсата;

2) Требуемый процент продувки, %

3) Относительная щёлочность котловой воды:

4) Содержание углекислоты в паре:

К установке принимается обработка воды по схеме двухступенчатого Na-катионирования.

Рис. 5. Схема двухступенчатой натрий-катионитовой установки.

1 - Фильтр первой ступени. 2 - Фильтр второй ступени. 3 - Центробежный насос. 4 - Теплообменник. 5 - Резервуар бункер. 6 - Мерник соли. 7 - Водоструйный эжектор. 8 - Промывочный бак. 9 - Промывочный насос. 10 - Бак. 11 - Водоструйный насос

Расчет оборудования водоподготовительной установки

Рассчитываем фильтры:

Общее количество фильтров принимаем равное 4, из которых 2 фильтра первой ступени, один второй ступени и один резервный фильтр для обеих ступеней.

В качестве катиона используем сульфоуголь с обменной способностью

Число регенераций каждого фильтра не должно превышать 3 раз в сутки. Высота загрузки сульфоугля 2 метра.

Скорость фильтрации в первой ступени не должна превышать 12 м/час.

Диаметр фильтров 1-ой ступени:

Берём фильтр №6 d₁=720 мм

Уточняем скорость фильтрации по выбранному диаметру фильтров первой ступени:

Скорость фильтрации во второй ступени не должна превышать 20 м/час.

Диаметр фильтров 2-ой ступени:

Берём фильтр d₂=720 мм

Уточняем скорость фильтрации по выбранному диаметру фильтров второй ступени:

После прохождения через фильтры I ступени вода практически снижает свою жесткость до 0,2-0,1 , поэтому общее количество солей жесткости, поглощаемое в фильтрах I ступени, составит:

Объем сульфоугля в каждом фильтре первой ступени:

Частота регенераций фильтров I ступени за сутки:

,

каждого фильтра в отдельности

Межрегенерационный период равен

Жесткость воды, поступающей в фильтр второй ступени , а ее содержание на выходе из фильтра считают равным нулю, следовательно, количество солей жесткости, поглощаемое в фильтре II ступени:

Число регенераций фильтра второй ступени:

Межрегенерационный период:

Расход соли, необходимый для одной регенерации сульфоугля в одном фильтре 1-ой и 2-ой ступени:

Расход технической соли в сутки:

Расход технической соли в месяц:

Объём резервуара для мокрого хранения соли:

Устанавливаем железобетонный резервуар емкостью 16,3 м³ размерами 4,2х2х2 м.

Ёмкость мерника раствора соли на одну регенерацию (при 26% растворе соли):

Принимаем мерник высотой 2 м, и диаметром 0,4 м.

6. Предварительный подбор дымососов и дутьевых вентиляторов

6.1 Подбор дутьевого вентилятора

Количество воздуха, на которое рассчитывается дутьевое устройство, определяют по уравнению:

; м³/ч

где 1,1 - значение коэффициента учитывающего утечку воздуха через неплотности воздуховодов;

-значение коэффициента избытка воздуха в топке;

- максимальный расход топлива в м³/ч

- количество воздуха, необходимое для сжигания1 м³ топлива при 0⁰ и 760 мм. рт. ст., в м³/ч

b - барометрическое давление в мм. рт. ст. в районе расположения котельной;

- температура подаваемого воздуха в градусах

Значение мало, поэтому поправка в большинстве случаев несущественная.

м³/ч

Исходя из найденной производительности, к установке принимаем дутьевой вентилятор марки ВД-8 производительностью м³/ч, напор 2,4 кПа.

6.2 Подбор дымососа осуществляется по формулам

м³/ч

По предварительному подбору принят дымосос марки ДН-10 производительностью 13620 м³/ч.

6.3 Определение сечений воздуховодов

Площадь сечения равна

Определение объемного расчетного расхода:

=···=

- температура наружного воздуха, принимается равной 30°С

Для данного расхода допустимая скорость равна =10 м/с.

Площадь сечения равна

Определение сечений газоходов:

С целью предотвращения загрязнения внутренних стенок газоходов, допустимая скорость равна =12 м/с.

Участок котел - воздухоподогреватель:

Определение объемного расчетного расхода:

=··=

Участок воздухоподогреватель - дымосос:

Определение объемного расчетного расхода:

=··=

Участок дымосос - сборный коллектор:

Определение объемного расчетного расхода:

=··=

Участок сборный коллектор - дымовая труба:

Определение объемного расчетного расхода:

=··=

7. Компоновка оборудования главного корпуса ТГУ

Компоновка котельной - это взаимное расположение основного и вспомогательного оборудования, установленного в здании. Котельная может состоять из следующих помещений: помещения для установки котла, насосной, химводоочистки, воздухоподогревательно-дымососной, склада топлива, служебно-бытовых помещений. В зависимости от тепловой производительности котельного агрегата вспомогательное оборудование, хвостовые поверхности нагрева, тягодутьевые установки и оборудование для очистки продуктов сгорания могут быть групповыми или индивидуальными.

Котлы располагаются на первом этаже. Здесь же размещаются воздухоподогреватели, насосы: питательные, подпиточные, рециркуляционные и сетевые, также оборудование для химической обработки воды.

Компоновка оборудования должна обеспечивать удобство работы и безопасность эксплуатационного и ремонтного персонала, минимальную протяженность трубопроводов, газоходов и воздуховодов, минимальные затраты на сооружение котельной, сокращение численности эксплуатационного персонала, автоматизацию технологических процессов, механизацию ремонтных работ, возможность расширения котельной при установке нового оборудования.

Все решения, применяемые при компоновке оборудования, должны отвечать требованиям строительных норм и правил, правил техники безопасности, санитарных и противопожарных норм.

Мною была запроектирована котельная закрытого типа, выбор такого типа определяется расчетной температурой, которая для г. Поронайск равна -23^оС.

Здание имеет прямоугольную форму длинной 48 м. и шириной 18 м. Один торец здания является постоянным, а второй свободным, т.е. при необходимости увеличения мощностей здание можно расширить. Со стороны постоянного торца здания расположены административно-бытовые помещения. За ними в сторону свободного торца находится общий зал, в котором расположены: система ХВО, деаэратор и группа сетевых, подпиточных и рециркуляционных насосов.

Дальше расположены шесть котлов КЕ 2,5-1,4 с воздухоподогревателями и вентиляторами. За котлами установлены дымососы по одному на каждый котел.

В общем зале также расположен деаэратор; теплообменники для подогрева холодной воды поступающей на ХВО.

Согласно СНиП II-35-76 «Котельные установки» между котлами, технологическим оборудованием и стенами здания устроены проходы необходимой ширины.

7.1 Компоновка оборудования котельного зала, трассировка газо-воздушного тракта котлов

В левой части здания располагаем деаэратор, оборудование ХВО. Рядом с деаэратором располагаем подпиточные насосы, сетевые и рециркуляционные насосы. Резервуар для хранения соли выносим за здание котельной. Компоновку выполняем таким образом, чтобы обеспечить лёгкий доступ к любому оборудованию, а также обеспечивает быструю замену и ремонт вышедшего из строя оборудования.

8. Аэродинамический расчет газовоздушного тракта котлов