Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

“Сибирский государственный индустриальный университет”

Кафедра теплоэнергетики и экологии

Курсовой проект

По дисциплине: «Котельные установки и парогенераторы»



Содержание

Введение

1. Краткая теория к заданию

1.1 Описание конструкции камерной топки парового котла

1.2 Методика сжигания в камерной топке

1.3 Краткая характеристика топлива

2. Расчет тепловых процессов топки котла

2.1 Расчет необходимого объема воздуха и объема продуктов сгорания топлива

2.2 Составление теплового баланса котла

2.3 Определение температуры газов в зоне горения топлива

2.4 Расчет геометрических параметров топки

2.5 Площади поверхностей топки и камеры догорания

2.6 Расчет температуры газов на выходе из топки

2.7 Чертеж топки котла

Заключение

• Список использованной литературы


Введение

В этом курсовом проекте, рассмотрены основы поверочного расчета топочных камер. При заданной производительности котла, параметрах пара, экономичности котла. Для этих величин выполняется компоновка поверхности нагрева, определяются размеры конвективных и радиационных поверхностей, обеспечивающих требуемую производительность с заданным КПД.

Поверочный расчет выполняется для заданной существующей конструкции топки с целью определения показателей ее работы. В результате поверочного расчета определяется: расход топлива, температура газов в зоне горения топлива, температура уходящих газов на выходе из топки, геометрические параметры топки, площади поверхностей топки и камеры догорания.

Исходные данные для выполнения расчета заданы индивидуальным заданием: паропроизводительность котла, рабочее давление пара, тип топки, вид топлива и основные данные по его составу. Проект состоит из пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка включает в себя следующие разделы:

задание на проектирование топки котла;

описание конструкции типов топок паровых котлов;

краткая характеристика заданного топлива и расчет объемов воздуха, продуктов сгорания и построение I-t диаграммы;

составление теплового баланса и определение расхода топлива;

определение температуры газов в зоне горения топлива;

расчет геометрических параметров топки;

определение площади поверхностей топки и камеры догорания;

расчет температуры газов на выходе из топки;

выводы.

Графическая часть проекта представляет чертеж топки котла, выполненный на листе формата А-4.



1. Краткая теория к заданию

Таблица 1. Исходные данные для расчета

№	Паропроизводительность котла D, кг/ч	Очная форма обучения
		Давление пара pк, МПа	Вид топлива	Тип топки
16	4000	1,3	26	Камерная

1.1 Описание конструкции камерной топки парового котла

Камерная топка - топка парового котла, выполненная обычно в виде прямоугольной призматической камеры, в которой топливо сгорает в струе воздуха (в факеле). В таких топках сжигают твёрдое пылевидное топливо под котлами пар производительностью от 50 до 2500 т/ч и более, а также газообразное и жидкое топливо - под котлами той же и меньшей производительности. Устанавливают камерную топку и к крупным водогрейным котлам.

Рисунок 1. Схема камерной топки

1.2 Методика сжигания в камерной топке

В камерных топках твердое топливо сжигается непосредственно в топочном объеме. Для того чтобы частицы топлива в течение своего короткого пребывания в топочном объеме успели полностью сгореть, необходимо подавать их в топочную камеру в тонко измельченном виде, чем достигается увеличение поверхности соприкосновения топлива с воздухом. Измельчение топлива до пылевидного состояния осуществляется в специальных угольных мельницах. Для производительной и бесперебойной работы мельниц измельчаемое в них топливо должно быть подвергнуто сушке. Таким образом, котлы с камерными топками для сжигания твердого топлива должны быть снабжены системой устройств пылеприготовления. В этих устройствах топливо проходит следующие стадии подготовки: дробление, сушку и измельчение, для осуществления, которых в систему пылеприготовления входит ряд элементов и транспортирующих звеньев. Приготовленное пылевидное топливо первичным воздухом подается в горелки топки для сжигания.

1.3 Краткая характеристика топлива

Мазут М100 - как и любое другое топливо в современном мире, мазут становится всё более востребованным и дефицитным, что подтверждают постоянно растущие цены на это вещество, являющееся продуктом переработки сырой нефти. Получают эту жидкость еще на первом этапе перегонки «черного золота»: примерно половина сырья идет на образование легкой керосиновой, бензиновой или газовой фракции, в то время как остающаяся тяжелая масса и получает название мазута. Вязкое вещество темно-коричневого цвета сохраняет характерный запах, однако его основные потребительские характеристики определяются исключительно качеством исходного сырья - сырой нефти.

Таблица 2. Исходные данные для расчета

№	Наименование	Cг,%	Hг,%	Sг,%	Oг,%	Nг,%	Aс,%	Wр, %
28	Мазут М100	83,1	10	2,9	0,7	-	0,3	3



2. Расчет тепловых процессов топки котла

2.1 Расчет необходимого объема воздуха и объема продуктов сгорания топлива

Рабочая масса углей находится по следующим отношениям, %

Теплота сгорания топлива Q_н^р определяется по зависимостям:

- для углей и мазута, кДж/кг

(1)

Теоретический объем воздуха, необходимый для сжигания одного килограмма угля или мазута, или одного кубического метра газа определяется по уравнениям:

- для углей и мазута, м³/кг

(2)



Коэффициент избытка воздуха в топке б_т для камерных топок при сжигании мазута б_т = 1,1. Действительный расход воздуха, м³/кг.

(3)

Избыточный объем воздуха, м³/кг.

(4)

Объем сухих трехатомных газов, образующихся при сгорании топлива:

- для углей и мазута, м³/кг

(5)

где = - удельная масса газа при нормальных условиях, кг/м³;

- молекулярная масса СО₂ и SO₂.

Объем двухатомных газов (азота):

- для угля и мазута, м³/кг,

(6)

Объем водяных паров:

- для угля и мазута, м³/кг

(7)

где 0,02 - объемная доля водяных паров в воздухе

Полный объем дымовых газов, м³/кг.

(8)

Объемная доля сухих трехатомных газов

(9)

Объемная доля водяных паров

(10)

Общая объемная доля трехатомных газов

(11)



2.2 Составление теплового баланса котла

Тепловой баланс котла имеет вид, %

(12)

Полезно использованная теплота q₁, %

(13)

где - КПД котла, %.

Для всех котлов, работающих на мазуте, з_к = 89%.

Потеря теплоты с уходящими в атмосферу дымовыми газами q₂, %

(14)

где t_г= 120…140 - температура газов за экономайзером, °C;

С_г= 1,3 - объемная теплоемкость газов при 120…140 °C, кДж/м³·К

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания q₃%, определяется по таблице 3.

Таблица 3. Числовые значения q₃

Вид топки	Ручная	Полумеханическая	Механическая	Камерная
				мазут	газ
q3, %	2…3	1	0,5 …1	2	1…1,5

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания q₄, % для газа и мазута q₄ = 0.

Потеря теплоты с горячим шлаком q₆, %, для мазута и газа q₆ = 0.

Потеря теплоты на внешнее охлаждение поверхностей q₅, %

(15)

Тепловая производительность котла Q_к, кДж/ч

(16)

где h? - энтальпия (теплосодержание) сухого насыщенного пара при давлении в котле р_к, кДж/кг;

h? = 4,19•t? = 4,19•190,7 = 799,03- энтальпия кипящей в котле воды, кДж/кг;

h_пв = 4,19•t_п.в= 4,19•100 = 419- энтальпия питательной воды, кДж/кг.

Значения h?и t? берут из таблицы 4 по заданному давлению в котле р_к. Температуру питательной воды t_п.впринимают равной 100 ⁰С;

Таблица 4. Параметры сухого насыщенного пара

Давление в котле pк, МПа	Температура кипения воды t?, °C	Энтальпия пара h?, кДж/кг
0,8	169,6	2770
0,9	174,5	2775
1,0	179	2779
1,1	183,2	2782
1,2	187,1	2786
1,3	190,7	2789
1,4	194,1	2791

D_пр = D _i /100 = 3/100 = 0,03 - количество воды, удаляемой из котла при продувках, кг/ч.

Процент продувки i для всех котлов взять равным 3 %.

Часовой расход топлива, кг/ч, или м³/ч

(17)

2.3 Определение температуры газов в зоне горения топлива

Расчет энтальпии топочных газов, кДж/кг или кДж/м³, производится по формуле

(18)

где - средняя объемная изобарная теплоемкость i-го компонента продуктов сгорания, кДж/м³·К.

Расчет энтальпии Н проводится дважды: при температуре топочных газов t_т = 900 °С и t_т = 2000 °C.

Тепловыделение в топке на один килограмм твердого топлива, кДж/кг, определяется по формуле:

(19)

где Q_В = б •V_o• •t_В = 1,1•9,79•1,32•30 = 426,45 - теплота, внесенная в топку влажным воздухом, кДж/кг или кДж/м³;

= 1,32 - объемная теплоемкость воздуха, кДж/м³· К;

t_В= 30 - температура дутьевого воздуха, ⁰С;

q = с_т•t = 2,1•100 = 210 - теплота внесенная в топку топливом, кДж/кг или кДж/м³; топка паровой котел топливо

с_т- теплоемкость топлива. Для мазута с_т= 2,1 кДж/кг·К.

t - температура топлива, ⁰С. Для мазута можно принять t = 100 °С.

Q_ф= W_ф•h? = 0,02•2580 = 51,6 - теплота, вносимая в топку паром, кДж/кг. Имеет место при сжигании мазута. Расход пара W_ф принимается для паромеханических форсунок равным 0,02…0,03 кг на один килограмм мазута. Энтальпия пара h?= 2580 кДж/кг при давлении перед форсункой 0,15…0,2 МПа.

Температура горения t_Т1, ⁰С, определяется по значению по графику рисунка 2.

Рисунок 2. Диаграмма Н - t дымовых газов

2.4 Расчет геометрических параметров топки

Часовая теплота, кДж/ч, внесенная в топку

(20)

Объем топки, м³, для котлов с мазутным или газовым отоплением находят как

(21)

где (для всех камерных топок) - тепловое напряжение топочного объема, кДж/м³• ч.

Расчетная площадь пода камерной топки, м²

(22)

где h_т= 2,5 …3 м для котлов производительностью 2000 … 9000 кг/ч и

h_т= 4 … 4,5 м для котлов большей производительности. Рекомендуется принимать значения h_т, дающие площади R_мследующего пункта.

Ширина камерной топки “b”, м, берется из таблицы 5.



Таблица 5. Основные размеры колосниковых решеток ручных и полумеханических топок.

Типоразмер решетки	Размеры	Площадь зеркала горения R, м2
	b, м	L, м
ПМЗ-0-1800/1000	1,8	1,0	1,8
ПМЗ-2-1800/1525	1,8	1,525	2,74
ПМЗ-2-2200/1525	2,2	1,525	3,36
МПЗ-2-1800/2136	1,8	2,136	3,84
ПМЗ-2-2200/2135	2,2	2,135	4,7
ПМЗ-3-2600/2135	2,6	2,135	5,5
ПМЗ-2-2200/2745	2,2	2,745	6,05
ПМЗ-2-2200/3050	2,2	3,05	6,71
ПМЗ-3-3300/2135	3,3	2,135	7,0
ПМЗ-3-2600/3050	2,6	3,05	7,93
ПМЗ-3-2600/3660	2,6	3,66	9,52

Здесь R_мокругленные в ближнюю сторону R?_м.

Длина камерной топки, м

(23)

Длина камеры догорания топок L_к=0,3м - для котлов производительностью 2000 … 6000 кг/ч и L_к= 0,745 м - для других котлов.

Ширина камеры догорания b_к, м, равна ширине топки “b”.

2.5 Площади поверхностей топки и камеры догорания

Площадь боковых стен топки и камеры догорания, м²

(24)

где h_к = 1,6 - средняя высота камеры догорания для всех котлов, м.

Площадь передней и задней стенок топки с учетом передней и задней поверхностей камеры догорания, м²

(25)

Площадь потолка топки с учетом потолка камеры догорания, м²

(26)

Площадь пода топки и камеры догорания, м²

(27)

Общая поверхность топки, воспринимающая тепловое излучение, м²

(28)

Число труб одного бокового экрана топки

(29)

где S₁ = 0,08 -шаг труб бокового экрана (расстояние между осями труб), м.

Площадь поверхности труб обоих боковых экранов, м²,

(30)

где d₁ = 0,051 - диаметр труб экранов, м.

Число экранных труб на обоих боковых стенках камеры догорания

(31)

Площадь экранных труб камеры догорания

(32)

Общая площадь экранных труб топки, м²,

(33)

Число труб первого ряда кипятильных труб на задней стенке камеры догорания

(34)

где S₂ = 0,11 - поперечный шаг труб первого ряда кипятильного пучка, м.

Поверхность труб первого ряда кипятильных труб, м²,

(35)

Общая площадь поверхности труб топки, м²,

(36)

Поверхность труб топки, воспринимающая тепловое излучение, м²

(37)

где Х = 0,78 - угловой коэффициент экрана

2.6 Расчет температуры газов на выходе из топки

Коэффициент загрязнения поверхностей ж= 0,8 - при сжигании газа и ж= 0,6…0,7 - при сжигании мазута и угля.

ж= 0,65

Коэффициент сохранения теплоты в топке

(38)

Степень экранирования поверхностей топки

(39)

Отношение площади зеркала горения топки к лучевоспринимающей поверхности топки

(40)

где Y - при сжигании мазута или газа в дальнейшем не потребуется и из расчета исключается.

Абсолютная температура топочных газов, К,

(41)

где предварительно задается равной 1200 °C и представляет температуру газов на выходе из камеры догорания.

Средняя теплоемкость всего объема топочных газов, кДж/К.

(42)

где У (VC?_mp1) и У(VC?_mp2) - определяются по уравнению (18)

Эффективная толщина излучающего слоя, м

(43)



Произведение р_n на S равно

(44)

r_n- суммарная объёмная доля трёхатомных газов; r_n =0,25.

р_n - парциальное давление трёхатомных газов, МПа;

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами k_г. Он определяется по номограмме рисунок 4 по значению р_nS и температуре t_Т2 = 1200 °C. Схема определения k_гпоказана стрелками.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4. Номограмма для определения значения коэффициента ослабления лучей трехатомными газами

По графику k _г=0,85

Коэффициент ослабления лучей несветящимся пламенем

(45)

Коэффициент ослабления лучей светящимся пламенем

(46)

Степень черноты светящихся компонентов пламени

(47)

где е = 2,718 - основание натуральных логарифмов.

Степень черноты несветящихся компонентов пламени

(48)

Степень черноты факела

(49)

где m = 0,4 …0,6 - для угля и мазута и m = 0 - для газа.

Степень черноты камерных (мазутных и газовых топок)



(50)

Коэффициент Х находится по формуле

(51)

где Х = 0 - для углей;

h₁ = 1 - расстояние между подом топки и осью мазутной или газовой форсунок, м;

h₂ - расстояние от пода топки до середины входного окна из топки в камеру догорания, м. Для котлов паропроизводительностью 2000…9000 кг/ч h₂ = 1,2…2,2 м, пропорционально принятой ранее высоте топки. Для котлов большей производительности h₂ = 3,2…3,7 м, также пропорционально высоте топки.

Расчетный коэффициент М определяется по формуле

(52)

где А = 0,52, В = 0,3 для всех видов топок

Расчетная температура топочных газов на выходе из топки,⁰С

(53)

Если значение t_Т2, определенное по формуле (53), будет отличаться более чем на 50⁰С от ранее принятого значения t_Т2 = 1200⁰С, то задаются новым значением t_Т2 большим или меньшим ранее принятого t_Т2 = 1200 ⁰С.

Теплота, переданная экранным трубам топки и трубам камеры догорания тепловыми лучами, кДж/кг или кДж/м³

(54)

Теплота, полученная трубами теплоотдачей от горячих газов, кДж/кг или кДж/м³,

(55)

2.7 Чертеж топки котла

Заключение

В данном курсовом проекте был произведен поверочный расчет, в котором были рассчитаны тепловые процессы, происходящие в объёме топки котла, рассчитан необходимый объём воздуха для сжигания данного топлива. На основании уравнения теплового баланса, учтены потери тепла, выделяющегося во внешнюю среду, через обмуровку котлоагрегата, рассчитан расход топлива, необходимый для поддержания паропроизводительности котлоагрегата.

Определено тепловыделение продуктов горения для данного вида топлива, температура дымовых газов в зоне горения топлива. Рассчитан эффективный объем топочной камеры, благодаря ним подобраны геометрические параметры топки. Найдена площадь поверхности труб топки, для данного котлоагрегата, температура выходящих дымовых газов, после топочной камеры. Построен чертеж с указанием основных параметров, котла.



Список использованной литературы

Основная литература:

1. Шалай В. В. Расчет тепловых процессов и установок в примерах и задачах[Электронный ресурс]: практикум / Шалай В. В., Михайлов А. Г., Батраков П. А., Теребилов С. В., Слободина Е. Н. Электрон.дан. - Изд-во ОмГТУ , 2015. - 120 с. - Режим доступа: http://www.knigafund.ru/books/196517.

2. Маряхина В. Теплогенерирующие установки [Электронный ресурс]: учебное пособие / Маряхина В., Мансуров Р. Электрон.дан. - Изд-во ОГУ , 2014. - 104 с. - Режим доступа: http://www.knigafund.ru/books/184259.

3. Лебедев, В.М. Котельные установки и парогенераторы. [Электронный ресурс] / В.М. Лебедев, А.С. Заворин, С.В. Приходько, В.В. Овсянников. -- Электрон.дан. -- М. : УМЦ ЖДТ, 2013. -- 376 с. -- Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/60010 -- Загл. с экрана.

4. Лифшиц О.В.Справочник по водоподготовке котельных установок: справочник / . О.В.Лифшиц. М.: Эколит, 2011. 287с.

Дополнительная литература:

1. Теплогенерирующие установки: учебник для вузов / Г.Н.Делягин, В.И.Лебедев, Б.А.Пермяков [и др.]. М. : Бастет, 2010. 623с..

2. Рундыгин Ю.А. "Машиностроение. Котельные установки. [Электронный ресурс] / Ю.А. Рундыгин, Е.Э. Гильде, А.В. Судаков. ; Под ред. Ю.С. Васильева, Г.П. Поршнева. Электрон.дан. - Москва:Машиностроение , 2009. - 400 с. - Режим доступа:://www.studentlibrary.ru/book/ISBN5217019492.

3. Сидельковский Л.Н., Юренев Л.Н. Котельные установки промышленных предприятий / Л.Н Сидельковский., Л.Н.Юренев. М.:Бастет, 2009. 527с.

4. Эстеркин Р.И. Котельные установки: курсовое и дипломное проектирование: учебник для вузов/ Р.И.Эстеркин. Л.: Энергоатомиздат, 1989. 281с.

5. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок: учебное пособие для вузов/. Г Ю.Г усев. М.: Стройиздат, 1973. 292с.

Размещено на Allbest.ru