Расчет судового парового котла КГВ 063/5

Коэффициент избытка воздуха на выходе из котельного агрегата - бyx определяется по формуле

бyxг=бт+??б ,

где: ??б - суммарная величина присосов холодного воздуха в газоходах котла.

Для морских котлов обшитых листовым железом можно принять . Следует

бт = бyxг.

бyxг= 1,03 1,35; принимается бyxг= 1,15

Объемы воздуха и продуктов сгорания топлива

Теоретический объем воздуха

(нм3/кг);

Теоретический объем сухих продуктов сгорания

(нм3/кг);

 (нм3/кг);

Теоретический объем трехатомных влажных продуктов сгорания

(нм3/кг)

где: WФ= 0 (кг/кг) - при постановке механической форсунки.

Теоретический объем дымовых газов при

= 1,632 + 8,3158 + 1,0156 = 10,96 (нм3/кг);

Действительные объемы продуктов сгорания

= 11,96 + 1,016(1,15 - 1)10,420 = 12,55 (нм3/кг);

Теоретическое количество влажного воздуха

(нм3/кг);

Расчет энтальпии дымовых газов

3. Тепловой баланс

4.1 Сравнение величин фактических и допустимых тепловых напряжений - топочного объема

(кВт/м3)

где:

B=0,4 кг/с -расхода топлива

= 20 - объем топочного пространства берет из табл.1.1П [1].

[qv] =1,2*768 = 921,6 (кВт/м3) - Величина допустимых тепловых напряжений берет из табл.1.1 П[1]. Следовательно: qv < [qv];

4.2 Расчет степени черноты топки

Степень черноты камерной топки вычисляют по формуле

где, - степень экранирования топки вычисляют по формулам( для камерной топки)

Величину суммарной поверхности стенки топки определяют по формуле

(м2);

- коэффициент, учитывающий снижение тепловосприятия вследствие загрязнения или изоляции поверхности, для мазута = 0,55;

При сжигании газообразного и жидкого топлива эффективную степень черноты факела вычисляют по формуле

Степень черноты светящегося пламени (факела) вычисляют по формуле

Несветящегося пламени (факела) - по формуле

Коэффициент усреднения выбирается в зависимости от величины теплового напряжения топочного объема и рода топлива

При значение =0,8;

Коэффициент ослабления лучей для трехатомных газов вычисляют по формуле

Для топок котлов, работающих без наддува, (МПа)

Эффективную толщину излучающего слоя пламени вычисляют по формуле

(м)

Объемные доли трехатомных газов

Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами вычисляют по формуле

Критерий Больцмана вычисляют по формуле

Коэффициент сохранения теплоты

Принимается

Величину средней суммарной теплоемкости продуктов сгорания вычисляют по формуле

(кДж/град.кг);

Теплосодержание дымовых газов (кДж/кг), соответствующее абсолютной теоретической температуре горения , вычисляют по формуле

(кДж/кг);

где: - температура воздуха, подаваемого в топку (температура горячего воздуха);

(%) - влажность;

По величине по диаграмме дымовых газов величина абсолютной теоретической температуры горения =2242 К;

По диаграмме дымовых газов величина теплосодержания дымовых газов на выходе из топки (кДж/кг) при температуре ;

Для топки судовых котлов на мазутном отоплении М = 0,64;

Температуры дымовых газов на выходе из топки

(К);

 - (К); следовательно: (К) не истинная температура. При последующих аналогичных приближениях получаем истинную температуру =1674,3

Тепловосприятия в топке котла

(кВт);

По диаграмме дымовых газов величина теплосодержания дымовых газов на выходе из топки (кДж/кг) при температуре ;

Для проверки

5. Расчет конвективной поверхности нагрева

Экономайзер выполнен змеевиковой конструкции из труб диаметром 38mm

Расчет параметры экономайзера для компоновки экономайзера. Задаться:

Диаметр трубок (м)

Поперечный шаг труб

(м)

Продольный шаг труб

(м)

Относительный поперечный шаг

Относительный продольный шаг

Принимается шахматное расположение трубок.

Поперечный размер экономайзера (м)

Продольный размер экономайзера

(м)

Количество трубок в одном ряду

Площадь сечения для прохода газов

(м2)

Температура газов на выходе из экономайзера

Энтальпия выходящих газов

(кДж/кг)

Температура газов на входе в экономайзер

Энтальпия входящих газов

(кДж/кг)

Энтальпия питательной воды

(кДж/кг)

Энтальпия горячей воды

(кДж/кг)

Температура горячей воды

Наибольшая разность температур между теплоносителями

Наименьшая разность температур между теплоносителями

Температурный напор

Средняя температура потока

Скорость потока газов

(м/с)

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при поперечном омывании шахматных гладкотрубных пучков от дымовых газов к стенке

где, ; ; ;

Уравнение теплопередачи

(кВт)

Коэффициент загрязнения

Коэффициент теплопередачи

Поверхность нагрева водяного экономайзера

(м2)

Количество рядов труб

Площадь сечения для течения воды

(м2)

где, (м) - внутренний диаметр труб.

Скорость воды в экономайзере

(м/с)

где, (кг/м3) - плотность воды.

Для того, чтобы скорость воды в экономайзере лежала в пределах 1,25 - 2,5 надо поставить перегородку и в зависимости от этого увеличиваем скорость в 4раза.

(м/с)

7. Эксплуатация паровых котлов

7.1 Обслуживание котлов на ходу и на стоянке судна

Подготовка к пуску котла, как любого другого агрегата, предшествует осмотр, цель которого состоит в проверке работоспособности всех элементов и узлов. Осматривают не только собственно котел, но и все его устройства и системы питательной воды и топлива, арматуру, измерительные приборы, топливную аппаратуру и автоматику. В пароводяном барабане или в сепараторе утилизационного котла должен быть обеспечен уровень воды в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации.

Пуск (ввод в действие), или подъем пара, является одной из ответственных операций при обслуживании котла. В период пуска проверяют исправность арматуры и других устройств, особое внимание уделяют поддержанию уровня воды в пароводяном барабане. Время подъема пара определяется конструктивными характеристиками котла. Для водотрубных агрегатов скорость подъема давления пара в соответствии с инструкцией ограничивается временем разогрева кирпичной кладки и возможностью достаточного охлаждения паром труб пароперегревателя, исключающего опасный перегрев металла и возникновение опасных температурных напряжений, поэтому во время пуска агрегата необходимо открыть клапан продувания пароперегревателя.

Розжигу топлива обязательно должно предшествовать включение вентилятора с целью вентиляции топки и исключения возможности взрыва смеси горючих газов и воздуха в момент зажигания топлива. Это требование написано красными буквами на фронте котла, чтобы обслуживающий персонал не допустил ошибки при розжиге. Тем не менее в топках и дымоходах главных и особенно вспомогательных котлов случаи взрывов все же бывают. Это еще более повышает значимость правильной организации процесса розжига топлива при пуске котла.

Во время подъема пара происходит тепловое расширение элементов котла. Обслуживание агрегата в этот период состоит в том, чтобы исключить ненормальные перемещения в опорах, из которых только одна неподвижная (обычно со стороны главного стопорного клапана).

По достижении требуемого значения рабочего давления необходимо еще раз проверить уровень воды и удостовериться в нормальном действии водоуказательных приборов, манометров и предохранительных клапанов.

После этого котел может быть сообщен с главным трубопроводом пара, который в свою очередь должен быть предварительно прогрет, а образовавшийся при этом конденсат удален через систему продувания.

На ходовом режиме обслуживание котла состоит в обеспечении его безопасной работы при наивыгоднейших параметрах и показателях рабочего процесса. При автоматизации установки действия обслуживающего персонала упрощаются. Однако в любом случае на ходовом режиме необходимо следить за качеством процессов питания, горения, перегрева пара, поддержанием оптимального водного режима и требуемого к. п. д.

Основным показателем процесса питания служит уровень воды в пароводяном барабане или сепараторе. За уровнем следует наблюдать по дистанционным сниженным указателям и периодически его проверять непосредственно по водоуказательным колонкам. Нормальный уровень воды позволяет обеспечить надежную работу и высокое качество насыщенного пара, направляемого в пароперегреватель. Если уровень воды имеет тенденцию к снижению, необходимо уменьшить нагрузку котла и проверить действие регулятора уровня и питательных средств. Если в пределах видимой части стекла колонки уровня воды не наблюдается, нужно продуть колонку. Если и после продувки уровень воды не появится, следует немедленно выключить горелку и прекратить питание котла, после чего произвести освидетельствование его состояния. При обнаружении лопнувшей трубы, о чем свидетельствует сильный шум в топке и белый дым над дымовой трубой, необходимо установить местонахождение лопнувшей трубы и заглушить ее. В этом случае котел выводят из действия.

На время проведения ремонтных работ можно при необходимости увеличить нагрузку другого действующего котла.

Эксплуатационными показателями котла с автоматизированным процессом горения топлива служат давление пара и коэффициент избытка воздуха. Для обеспечения оптимальных значений указанных показателей требуется следить за исправностью систем автоматизации и прежде всего топочных устройств, не допуская ухудшения качества распиливания мазута.

Качество факела в топке оценивать визуально по его цвету, который в нормальных условиях должен быть без темных полос и крупных частиц, свидетельствующих об ухудшении распыливания мазута. Для этого каждую вахту необходимо производить чистку распылителей, а износившиеся (после 600-700 ч работы) заменять новыми. Загрязнение или повреждение внутренних поверхностей распылителей ведет к неоправданному перерасходу топлива. Во время обслуживания котла это можно обнаружить по темным полосам в топке и цвету дыма с помощью дымового перископа.

Температура перегретого пара, как и рабочее давление, определяет экономичность установки. На ходовом режиме требуемая температура пара обеспечивается путем поддержания расчетных значений температуры питательной воды, влажности насыщенного пара и коэффициента избытка воздуха, а также тщательной наружной очистки поверхностей нагрева. В связи, с этим во время обслуживания по измерительным приборам контролируют значения указанных величин и при необходимости производят подрегулировку соответствующих устройств. Во время эксплуатации коэффициент избытка воздуха контролируют с помощью автоматического газоанализатора, указывающего обычно процентное содержание СО2 в дымовых газах. Иногда перегрев пара может возрасти из-за протечки воздуха в газоходы через неплотно закрытые лазовые затворы щитов обшивки.

Загрязнение поверхностей нагрева оказывает также заметное влияние на температуру перегретого пара. Влияние будет различным в зависимости от того, какие элементы имеют повышенное наружное загрязнение. Если загрязнены трубы пучка, расположенного до пароперегревателя, температура перегретого пара повышается. При увеличении наружного загрязнения поверхности нагрева пароперегревателя, наоборот, температура перегретого пара понижается. В некоторых котлах иногда предусматривают специальное устройство, позволяющее несколько корректировать температуру перегретого пара при повышенном загрязнении поверхностей нагрева.

Температура перегретого пара во время работы может снизиться также при увеличении влажности насыщенного пара, поступающего из пароводяного барабана. Повышенная влажность пара вызывает не только снижение перегрева из-за того, что часть тепла расходуется на испарение влаги, но и приводит, кроме того, к отложению накипи на стенках труб пароперегревателя, ухудшающей теплопередачу. Унос накипеобразующих солей с частицами влаги, как правило, является следствием вскипания и вспенивания в пароводяном барабане. Во время работы это обнаруживают по резким колебаниям уровня в водоуказательной колонке. Устранить это вредное явление можно увеличением верхней продувки, понижающей соленость воды в пароводяном барабане. Кроме того, необходимо выяснить причину повышения солености воды или возможного попадания в нее масла.

Во время обслуживания котла необходимо контролировать не только соленость, но и другие показатели воды, определяющие количество присадок, вводимых в пароводяной барабан для создания оптимального водного режима. Для обеспечения оптимального среднеэксплуатационного к. п. д. котла на ходовом режиме требуется постоянно контролировать температуру уходящих газов, которая может повышаться при загрязнении поверхностей нагрева. Отрицательное влияние на к. п. д. оказывает и повышение коэффициента избытка воздуха. Правильное использование сажеобдувочных устройств, соответствующая регулировка и настройка топочных устройств и элементов автоматики горения позволяют обеспечить при обслуживании котла требуемую экономичность. При обслуживании вспомогательного котла, включенного в систему инертных газов танкера, требуется в эксплуатации обеспечивать главный показатель качества уходящих дымовых газов по объемному количеству в них кислорода (не более 5%).

Стояночный режим работы энергетической установки судна неодинаково определяет нагрузку котлов разного назначения. На дизельных танкерах во время стоянки утилизационные котлы не работают, а вспомогательные агрегаты могут иметь довольно значительную нагрузку, если производятся грузовые операции собственными средствами. На сухогрузных теплоходах нагрузка вспомогательных котлов, как правило, невелика, а иногда их работа происходит на режиме поддержки давления без расхода пара на потребители; такой же режим может быть принят и на танкерах во время стоянки без грузовых операций. На паротурбинных судах, энергетические установки которых оборудуются, как правило, только главными котлами, стояночный режим обеспечивается одним или двумя работающими агрегатами. Нагрузка главного котла на стояночном режиме зависит также от назначения судна. На танкерах при грузовых операциях котел имеет примерно такую же паропроизводительность, как и на ходовом режиме, что обусловливается расходом охлажденного пара на турбоприводные грузовые насосы. Обслуживание главного котла при подобной нагрузке на стоянке судна будет практически таким же, как и на ходовом режиме.

Для других котлов, работающих с пониженными нагрузками на стояночном режиме судовой установки, основная задача их обслуживания состоит в обеспечении надежности и предотвращении коррозионного износа хвостовых поверхностей нагрева. С этой целью требуется постоянный контроль за уровнем воды, температурой уходящих газов и качеством работы топочных устройств. При наличии газового воздухоподогревателя необходимо включать систему его обвода по воздушной стороне при снижении нагрузок котла.

Вывод из действия котла производится в связи с отсутствием расхода пара на потребители, а также для профилактических осмотров, обмыва поверхностей нагрева и в случае необходимости выполнения ремонтных работ во время стоянки судна и для подготовки к освидетельствованию котла инспектором Регистра СССР. Вывод из действия котла может потребоваться и в экстренном случае, например при упуске воды, разрыве трубы или стекла в водоуказательной колонке, пожаре или взрыве газов в газоходе, нарушении нормальной работы питательных средств или вентилятора или др.

При выводе котла из действия нужно учитывать те же по существу условия, которые отмечены при рассмотрении процесса ввода его в действие,
а именно: исключить возникновение температурных напряжений, но уже
из-за неравномерного остывания элементов котла. Это требование является
более жестким для котлов с большой массой, Общее время вывода котла из
действия (так называемое «расхолаживание») в ряде случаев получается
довольно значительным. Например, для котла КВГ80 это время составляет
28-40 ч, что связано с условиями вывода их действия главного котла и всей
турбинной установки в целом. В зависимости от того, с какой целью и на
какое время выведен котел из действия, вода из него может быть удалена
либо, наоборот, его пароводяной тракт будет полностью заполнен деаэриро
ванной водой. Если требуется длительное хранение неработающих котлов,
необходимо точно руководствоваться рекомендациями Правил технической
эксплуатации судовых паровых котлов.

Неисправности в работе котлов. В котле происходят сложные физико-химические процессы, которые могут вызвать в условиях эксплуатации как отклонения основных параметров рабочих сред от их нормальных значений, так и изменить состояние отдельных элементов, следствием чего может быть отказ в работе агрегата.

Таким образом, неисправности могут привести к изменению давления и температуры пара, воды, воздуха, газов и топлива, а также нарушению нормального процесса горения и изменению уровня воды. Следствием отклонения условий работы от нормальных может явиться появление перегрева или пережога парообразующих, экономайзерных или пароперегревательных труб, а также трещин, свищей и разъеданий металла в отдельных элементах котла. Наиболее характерные неисправности, повреждения элементов котлов, их причины и способы устранения, а также предупреждения рассмотрены в Правилах технической эксплуатации.

В данной курсовом проекте был выполнен тепловой расчет судового парового котла КГВ 063\5с паропроизводительностью Dк = 0,175 (кг/с), параметром пара Р = 0,4 (МПа) и температурой перегретой воды tпв = 530 С и получен расход топлива B = 0,4 (кг/с), расчет топки котла и получен температура дымовых газов на выходе из топки .

В работе выполнены расчет конвективной поверхности нагрева и получены температура газов на выходе первого пучка tист= 1080оС и количество теплоты, переданное в первом пучке Qист= 3000 (кВт); температура газов на выходе пароперегревателя ; температура газов на выходе второго пучка tист=495оС и количество теплоты, переданное во втором пучке Qист= 2900 (кВт).

В работе выполнен расчет теплообмена в экономайзере, получены поперечный и продольный шаги (м), количество трубок в одном ряду, количество рядов труб , скорость воды в экономайзере

(м/с) после поставки перегородка.

В работе также рассмотрены техническая эксплуатация и описание котла.

Список использованной литературы

1. Енин В.И. Судовые паровые котлы. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Транспорт. 1984. - 248 с.

2. Эйтвид Л.В. Парогенераторы промысловых судов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 232 с.

3. Верете А.Г., Дельвинг А.К. Судовые пароэнергетические установки и газовые турбины. Учебник. - М.: Транспорт, 1982. - 358 с.

4. Лубочкин Б.И. Морские паровые котлы. Изд-во «Транспорт», 1970 г., стр. 1 - 368.

5. Электронное пособие котлов. - Кафедра «Эксплуатация водного транспорта».

Размещено на Allbest.ru