Тепловой расчет котлоагрегата ДЕ-25-14-250

Общие сведенья о котлах ДЕ 25-14 Газомазутные котлы ДЕ конструкции котельного завода г. Бийска и ЦКТИ предназначены для выработки насыщенного или слабо перегретого пара с абсолютным давлением 14 кгс/см2 или 24 кгс/см2, паропроизводительностью 1; 4; 6,5; 10; 16 и 25 т/ч и сжигания газообразного и жидкого топлива.Все газомазутные котлы ДЕ имеют опорную наклонную раму, которая опирается на фундамент. На раму передается масса элементов котла и воды, обвязочного каркаса, натрубная обмуровка и обшивка.

Переднее днище нижнего барабана имеет неподвижную опору, а остальные опоры скользящие. На заднем днище нижнего барабана установлен репер (указатель) для контроля теплового расширения элементов котла при работе и растопке. Теплогенераторы состоят из верхнего и нижнего барабанов одинаковой длины, которые соединены между собой коридорно расположенными вертикальными изогнутыми трубами и образуют соответственно первый и второй газоходы конвективной поверхности нагрева.Продольный шаг кипятильных труб вдоль барабана 90 мм, а поперечный – 110 мм. Котлы паропроизводительностью 4; 6,5; 10 т/ч в конвективных пучках имеют продольные металлические перегородки по всей высоте газохода с окном (от фронта котла) спереди, что обеспечивает разворот топочных газов в пучке на 180° и выход газов в экономайзер через заднюю стенку котла. Котлы паропроизводительностью 16 и 25 т/ч таких перегородок не имеют, и газы идут по всему сечению газохода к фронту котла, выходят из котла, а затем по газовому коробу, размещенному над топочной камерой, направляются в водяной экономайзер, расположенный в хвостовой части котла.

Для всех типоразмеров газомазутных котлов ДЕ диаметры верхнего и нижнего барабанов – 1000 мм, расстояние между барабанами по осям – 2750 мм. Ширина топочной камеры всех котлов по осям экранных труб – 1790 мм, средняя высота топочной камеры – 2400 мм. Барабаны котлов изготавливают из стали 16 ГС и толщиной стенки 13 и 22 мм, соответственно для избыточного давления 13 и 23 кгс/см2. Все трубы радиационной и конвективной поверхности нагрева развальцованы в барабанах и имеют наружный диаметр 51 × 2,5 мм, чем достигается лучшая естественная циркуляция в контурах котла.

В нижнем барабане размещены перфорированные трубы для периодической продувки и парового прогрева воды от соседних котлов при растопке, а также штуцеры для спуска воды. Топочная камера находится сбоку (справа) от конвективного пучка и отделена от него слева газоплотной перегородкой из труб, установленных с шагом 55 мм и сваренных между собой металлическими полосками.

Концы труб газоплотного экрана обсажены до 38 мм, выведены в два ряда и уплотнены гребенкой, примыкающей к трубам и барабану.

В задней части газоплотного экрана, на расстоянии 700 мм от задней стенки котла, имеется окно для выхода топочных газов из топки в конвективный пучок.Подовый, правый боковой топочный экран и потолок топки образованы длинными изогнутыми трубами, установленными с шагом 55 мм. Концы этих труб разведены в два ряда и соединены непосредственно с верхним и нижним барабанами на вальцовке.

Под (нижняя часть топки) в топке выложен слоем огнеупорного кирпича, шамотный кирпич также укладывается на боковую часть нижнего барабана в топке и крепится на шпильках на боковую часть верхнего барабана в топке между газоплотным и потолочным экранами.Вертикальные трубы заднего топочного экрана не имеют обсадных концов и приварены к нижнему и верхнему наклонным коллекторам диаметром 159 × 6 мм. Верхний коллектор заднего топочного экрана приварен к верхнему барабану с наклоном вниз, а нижний коллектор к нижнему барабану с наклоном вверх.

Кроме того, верхний и нижний коллекторы объединены не обогреваемой трубой диаметром 76 × 3,5 мм, которая замурована в шамотный кирпич обмуровки. По рециркуляционной трубе происходит сток воды из верхнего коллектора в нижний при отделении ее из пароводяной смеси.Для защиты от теплового излучения коллекторов заднего топочного экрана они снабжены двумя изогнутыми трубами, развальцованными в нижний и верхний барабаны.

Фронтовой экран топки котлов образован четырьмя изогнутыми трубами, развальцованными в верхний и нижний барабаны, что позволяет разместить на фронтовой стене амбразуры горелки и лаз. Лаз совмещен с взрывным клапаном. (В первой серии котлов производительностью 4…10 т/ч фронтовой экран имел вертикальные трубы, приваренные к коллекторам, аналогично конструкции заднего топочного экрана). Котлы производительностью 4…10 т/ч имеют по две модернизированные горелки ГМГ или по одной ГМ, а котлы производительностью 16 и 25 т/ч – горелки ГМ-10 и ГМП-16. Кроме того, у котлов производительностью 4…10 т/ч в топке впереди заднего топочного экрана установлены два ряда труб по шесть штук (всего двенадцать труб), которые развальцованы в верхний и нижний барабаны и являются направляющими экранами для закрутки и хода движения топочных газов из топки в кипятильный пучок труб. Котлы ДЕ производительностью 4…10 т/ч выполнены с одноступенчатым испарением, а в котлах спроизводительностью 16 и 25 т/ч применено двухступенчатое испарение с внутрибарабанным солевым отсеком.

У котлов ДЕ паропроизводительностью 16 и 25 т/ч в барабанах на расстоянии 1,5 м от задней стенки установлены перегородки, которые образуют чистый, расположенный в передней части котла, и солевой отсеки.

В верхнем барабане перегородка установлена до середины парового пространства, а в нижнем сплошная перегородка, отделяющая вторую ступень испарения от первой.

Опускная система первой ступени испарения состоит из последних по ходу газов рядов труб конвективного пучка. Во вторую ступень испарения выделены первые по ходу топочных газов ряды труб конвективного пучка. Опускная система контура солевого отсека состоит из трех не обогреваемых труб диаметром 159 × 4,5 мм, по которым вода из верхнего барабана опускается в нижний.Отсеки ступенчатого испарения сообщаются между собой по пару через окно над поперечной перегородкой, а по воде через сопло, расположенное в нижней части перегородки водяного объема верхнего барабана. Это сопло выполняет роль продувки из чистого отсека в солевой.

В качестве сепарационных устройств первой ступени испарения используются установленные в верхнем барабане щитки и козырьки, направляющие пароводяную смесь из экранных труб на уровень воды. Для выравнивания скоростей пара по всей длине барабана все котлы (всех производительностей) снабжаются верхним дырчатым пароприемным потолком.

На всех котлах, кроме котлов до 4 т/ч, перед пароприемным потолком установлен горизонтальный жалюзийный сепаратор. Сепарационными устройствами второй ступени испарения являются продольные щитки, направляющие движение пароводяной смеси в торец барабана к поперечной перегородке, разделяющей отсеки. На котлах паропроизводительностью 4…10 т/ч периодическая продувка совмещается с трубой непрерывной продувки.На котлах 16 и 25 т/ч периодическая продувка производится из чистого и солевого отсеков, а непрерывная продувка осуществляется из солевого отсека верхнего барабана. Качество котловой (продувочной) воды нормируется по общему солесодержанию (сухому остатку) без учета абсолютной щелочности.

Для производства перегретого пара устанавливают пароперегреватель.На котлах 4…10 т/ч пароперегреватель выполнен змеевиковым из труб диаметром 32 × 3 мм, а на котлах 16 и 25 т/ч – двухрядным из труб 51 × 2,5 мм. Каждый котел ДЕ снабжен согласно правилам котлонадзора: • двумя пружинными предохранительными клапанами, из которых один является контрольным; на котлах без пароперегревателя оба клапана устанавливаются на верхнем барабане (и любой может быть выбран как контрольный); на котлах с пароперегревателем контрольным служит клапан на выходном коллекторе пароперегревателя; • двумя водоуказательными приборами; • необходимым количеством термометров, манометров, запорной, дренажной и сливной арматуры; • Приборами регулирования и безопасности В таблице представлены основные характеристики котла. Таблица 1 Наименование Обозначение Значение Номинальная паропроизводительность т/ч 25 Расчетное давление: в барабане котла МПа 1,4 Температура готового пара 0С 250 Топливо Природный газ Объем топочной камеры м3 29 Площадь поверхностей нагрева: -радиационной -испарительной м2 м2 64 242 Температура уходящих газов 0С 130 КПД при сжигании газа % 97.05 Колличество горелок шт. 1 Водяной объем,при максимально допустимом уровне воды в барабане. м2 16,5 Габаритные размеры: -высота -ширина -длина м м м 4,72 4,63 11,55 Масса металлической части т 23,3 Тепловой расчёт парового котла ДЕ-25-14 ГМО 1. Исходные данные для расчёта Котёл ДЕ-25-14-250 паропроизводительностью 25 т/ч вырабатывает перегретый пар с температурой 250 0С и рабочим абсолютным давлением Р=1,4 МПа. Питательная вода поступает при температуре tпв=100°С. Котёл оборудован индивидуальным экономайзером системы ВТИ БВЭС-IV-I. Непрерывная продувка котла составляет 3%. Основное топливо - природный газ, резервное топливо – мазут марки М100. Характеристика топлива: CH4 – 92,8% C2H6 – 2,8% C3H8 – 0,9% С4Н10 – 0,4% С5Н12 (и более тяжёлые) – 0,1% N2 – 2,5% СО2 – 0,5% Теплота сгорания низшая сухого газа: 2 Определение присосов воздуха Таблица 2 Участки газового тракта. Δα α топка 0,1 1,1 пароперегреватель 0,03 1,13 первый конвективный пучок 0,05 1,18 второй конвективный пучок 0,1 1,28 экономайзер 0,1 1,38 3 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания 3.1 Теоретический объём воздуха необходимого для полного сгорания топлива: где m – число атомов углерода, n – число атомов водорода. 3.2 Теоретический объём азота в продуктах сгорания: 3.3 Объём водяных паров: 3.3.1 С учётом избыточного воздуха: 3.4 Объем трёхатомных газов: 3.5 Определяем объёмы продуктов сгорания, объёмные доли трёхатомных газов и другие характеристики продуктов сгорания в участках нагрева котла.

Результаты сводим в таблицу: Таблица 3 Наименование величины Расчётная формула топка пароперегреватель 1-й конвективный пучок 2-й конвективный пучок Экономайзер Коэффициент избытка воздуха за газоходом, α пункт 2 таблица 1,1 1,13 1,18 1,28 1,38 Коэффициент избытка воздуха средний, αср 1,1 1,115 1,14 1,19 1,24 Избыточное количество воздуха, 1,1 1,11 1,35 1,83 2,4 Действительный объём водяных паров, 2,16 2,174 2,172 2,18 2,3 Действительный суммарный объём продуктов сгорания, 11,83 11,97 12,21 12,7 13,4 Объёмная доля трёхатомных газов, 0,088 0,086 0,084 0,081 0,077 Объёмная доля водяных паров, 0,183 0,181 0,174 0,171 0,17 Суммарная объёмная доля трёхатомных компонентов 0,271 0,267 0,258 0,252 0,247 Энтальпии продуктов сгорания при α>1. Таблица t Участки газового тракта и коэф. избытка воздуха топка α=1,1 первый конвективный пучок α=1,15 второй конвективный пучок α=1,25 экономайзер α=1,35 I, кДж/м3 ΔI, кДж/м3 I, кДж/м3 ΔI, кДж/м3 I, кДж/м3 ΔI, кДж/м3 I, кДж/м3 ΔI, кДж/м3 100 1284,89 1504,99 - - - - - - 1954,70 - 200 2589,24 3033,99 - - - - 3681,3 - 3940,22 1985,52 300 3922,80 4605,96 - - - - 5586,66 1905,36 5978,94 2038,72 400 5275,83 6221,13 - - 7012,50 - 7540,09 1953,43 8067,67 2088,73 500 6658,06 7873,97 - - 8872,68 1860,17 9538,49 1998,40 10204,29 2136,62 600 8079,22 9562,89 - - 10774,77 1902,09 11582,70 2044,21 12390,62 2186,33 700 9529,59 11295,94 - - 12725,38 1950,61 13678,34 2095,64 14631,30 2240,68 800 10999,42 13089,06 14189,00 - 14738,97 2013,59 15838,92 2160,58 16938,86 2307,56 900 12469,25 14911,59 16158,52 1969,51 16781,98 2043,00 18028,90 2189,99 19275,83 2336,97 1000 13978,02 16772,16 18169,96 2011,45 18868,86 2086,89 20266,67 2237,76 21664,47 2388,64 1100 15525,73 18636,86 20189,43 2019,47 20965,72 2096,86 22518,29 2251,63 24070,87 2406,40 1200 17073,44 20507,77 22215,11 2025,68 23068,79 2103,06 24776,13 2257,84 26483,47 2412,61 1300 18796,35 22433,59 24313,23 2098,11 25253,04 2184,26 27132,68 2356,55 29012,31 2528,84 1400 20207,78 24397,55 26418,33 2105,10 27428,72 2175,67 29449,50 2316,82 31470,27 2457,96 1500 21794,43 26346,00 28525,44 2107,11 29615,16 2186,45 31794,61 2345,11 33974,05 2503,78 1600 23390,80 28326,39 30665,47 2140,03 31835,01 2219,85 34174,09 2379,48 36513,17 2539,12 1700 24977,44 30320,69 32818,43 2152,96 34067,31 2232,30 36565,05 2390,96 39062,79 2549,62 1800 26564,09 32333,59 34990,00 2171,57 36318,20 2250,90 38974,61 2409,56 41631,02 2568,23 1900 28199,40 34367,40 37187,34 2197,34 38597,31 2279,11 41417,25 2442,64 44237,19 2606,17 2000 29824,98 36392,03 39374,53 2187,19 40865,78 2268,47 43848,28 2431,03 46830,77 2593,58 2100 31528,43 38440,89 41593,73 2219,21 43170,15 2304,38 46323,00 2474,72 49475,84 2645,07 2200 33085,87 40496,31 43804,90 2211,16 45459,19 2289,04 48767,78 2444,78 52076,36 2600,52 5 Расчёт теплового баланса котельного агрегата и расхода топлива Таблица Наименование Обозначение Расчетная формула или способ определения Единица Расчет Располагаемая теплота сгорания топлива Qрр Qрн + Qв.н , где кДж/м3 36700+1•(50)=36750 Потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q3 Табл. 4−5 [2] % 0,5 Потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива q4 Табл. 4−5 [2] % 0 Температура уходящих газов ух По выбору, табл. 1−3 [2] С 150 Энтальпия уходящих газов Iух По I− таблице кДж/ м3 1985,52 Температура воздуха в котельной tх.в. По выбору С 30 Теоретическая энтальпия воздуха в котельной I0х.в. По I− таблице кДж/ м3 39•9,734=379,63 Потеря теплоты с уходящими газами q2 % Потеря теплоты от наружного охлаждения q5 По рис. 3−1 [2] % 1,4 Сумма тепловых потерь Σq q5 + q4 + q3 + q2 % 1,05+ 0 + 0,5 +1,4 = 2,95 КПД котла ка 100 - Σq % 100 – 2,95= 97,05 Коэффициент сохранения теплоты φ − Паропроизводительность котла D По заданию кг/с 6,9 Температура пара tпп По заданию С 250 Температура питательной воды tпв По заданию С 100 Энтальпия перегретого пара iпп Табл. VI−8 [2] кДж/ м3 2926,71 Энтальпия питательной воды iпв Табл. VI−6 [2] кДж/ м3 419,8 Значение продувки р По выбору % 3 Энтальпия воды iкип Табл. VI−7 [2] кДж/ м3 781,1 Полезно использованная теплота Qпол D(iпп – iпв) + D(iкип – iпв) кВт Полный расход топлива В м3/с Расчётный расход топлива Вр В∙0,01∙(100 – q4) м3/с 0,42∙0,01∙(100 -0) = 0,42 6 Расчет конструктивных характеристик топки единица расчет Наименование велечин обозна- чение Расчётная формула или способ определения Активный объём топки VТ По конструктивным размерам м3 29 Тепловое напря-жение топки расчётное qV кВт/м3 допустимое qV По табл. 4-3 кВт/м3 700 Количество горелок n По паспортным данным Шт. 1 Полная площадь стен топки и камеры догорания Fст по конструктивным размерам м2 64,22 Коэф. тепловой эффект-ти Ψ − 0.65*0.8=0.52 Эффективная толщина излуч. слоя пламени s м Полная высота топки Hт по конструктивным размерам м 2,4 Высота расположения горелки hт по конструктивным размерам м 1,8 Относительный уровень расположения горелок xт − Параметр, учитыв. характер распределения т-ры в топке M A-B*x − 0.52-0.3*0.4=0.4 Коэф. избытка воздуха на выходе из топки αт Табл. 1−1 − 1,1 Присос воздуха в топке Δαт Табл. 2−2 [2] − 0,05 Температура подаваемого воздуха tгв По выбору С 30 Энтальпия подаваемого воздуха I0гв по iυ таблице кДж/ м3 385,14 Температура воздуха в помещении котельной t хв По выбору С 30 Кол-во теплоты, вносимое в топку воздухом Qв кДж/ м3 385.14 (1,1 − 0,05) + 385.14∙0,05 =423.65 Полезное тепловыделение в топке Qт кДж/ м3 Теоретическая температура горения tа по it таблице С 2000 Температура газов на выходе из топки tт С 1171 Энтальпия газов на выходе из топки Iт по it таблице кДж/ м3 21500 Средняя суммарная теплоем. продуктов сгорания Vccp Объемная доля: Водяных паров Трехатомных газов Табл. 1−2 Табл. 1−2 − − 0,183 0,088 Степень черноты факела aф m *a+(1-m)*a − 0,6*0,9+(1-0,6)*0,26=0,64 Степень черноты топки aт - Температура газов на выходе из топки tт С 1171 Энтальпия газов на выходе из топки Iт по iυ таблице кДж/ м3 20320 Общее тепловосприятие топки Qл φ(Qт − Iт) кДж/ м3 0,98•(42807.84-21500)= =20881.6 7 Расчет конвективного пароперегревателя 7.1 Наружный диаметр труб, мм d = 51*2.5 7.2 Число змеевиков, параллельно включенных по ходу пара n = 2 7.3 Число труб в ряду, Z Z=7 7.4 Число рядов по ходу газа, Z Z=2 7.5 Поперечный шаг труб, S , мм S=90 7.6 Продольный шаг труб, S ,мм S = 60 7.7 Относительно поперечный шаг, G G = S /d G=90/51=1.8 7.8 Относительно продольный шаг,G G = S /d G= 60/51=1.2 7.9 Сечение для прохода газов,F ,м F =1.6 7.10 Живое сечение для прохода пара, f ,м f = 0.06 7.11 Характер омывания труб - поперечное Наименование велечин Обоз- начение Расчетная формула или способ определения Единица Расчет Количество тепла, воспринемаемое паром в пароперегреватель Q Температура газов на входе в пароперегреватель t С t = 1000 Энтальпия газа на входе в пароперегреватель I по It диораме КДж/м 1900 Энтальпия на выходе из пароперегревателя I КДж/м Температура газов на выходе из пароперегревателя t по It диораме С t = 600 Большая разность температур С 1000 – 250 = 750 Меньшая разность температур С 600 - 194 = 406 Температурный напор С (750+406)/2=578 Средняя скорость продуктов сгорания W м/с Коэфицент теплоотдачи конвекцией Вт/м*к 75*0,92*0,93*0,98= =63 Толщина излучаемого слоя S м Теплота отданная продуктами сгорания Q Вт Коэфицент теплоотдачи от стенки к пару a Вт/м*к Коэфицент теплоотдачи излучением а Вт/м*к Коэфицент теплоотдачи от продуктов сгорания к стенке пароперегревателя а Вт/м*к Скорость пара W принимаем м/с 40 Коэфицент теплопередачи K Вт/м*к Тепло, воспринимаемое поверхностью нагрева H Вт.