Расчёт котла КВ1

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Курсовая работа

«Расчёт котла КВ1»

котел мазут топливо баланс

Задание

Таблица

п/п

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Знач. вел.

Доп. усл.

1

Тип котла

КВ1

2

Паропроизводительность

Dк

т/ч

40

3

Температура перегретого пара

tпе

єC

340

4

Давление в барабане

Р

МПа

1,6

5

Температура питательной воды

tпв

єC

70

6

Температура холодного воздуха

tхв

єC

35

7

Температура горячего воздуха

tгв

єC

35

8

Марка топлива

сернистый мазут 40 (Sрл=2%)

9

Температура топлива

tт

єC

110

10

КПД котла

зк

%

-

Описание котла

Вспомогательные котлы типа КВ 1 и КВ 1−1 установлены на балтанкерах «Борис Бутома» и «Академик Сеченов». Главный дизель 9ДКРН 84/180−3 мощностью 15 500 кВт обеспечивает судну дедвейтом 109 640 т скорость 15 уз. Котельная установка состоит из трёх агрегатов: КВ 1, КАВ6. 3/7 и КУП1100.

Котёл КВ1 имеет паропроизводительность 40 000 кг/ч; расход топлива (мазут 40) 1980 кг/ч; рабочее давление 1,6 МПа; температура перегретого пара 340 єС, питательной воды 70 єС; к. п. д. 90%; Масса котла сухого 55 500 кг, с водой 60 000 кг.

Таблица 1. Расчётная характеристика рабочей массы мазута М40

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Знач. вел.

Доп. усл.

Объём воздуха и продуктов

сгорания при б=1 и нормальных

(стандартных) условиях:

теоретически необходимый

объём воздуха

V0

м3/кг

10,45

объем трёхатомных газов

VRO2

м3/кг

1,57

теоретически объём азота

V0N2

м3/кг

8,25

теоретически объём водяных

паров

V0H2O

м3/кг

1,45

суммарный теоретически

объём газов

V0r=VRO2+V0N2+V0H2O

V0г

м3/кг

11,28

Низшая теплота сгорания при Wp=2%

Qрн

кДж/кг

39 800

Таблица2. Материальный баланс горения 1 кг топлива.

п/п

Наименование величины

Обозначение

Размерность

Расчётная формула

или способ определения

Знач. вел.

Доп. усл.

1

Марка топлива

-

Из задания

М40 (Sрл=2%)

2

Коэффициент избытка воздуха в топке

б

смотри Приложение

1,2

3

Теоретически необходимый объём воздуха

V0

м3/кг

из табл. 1

10,45

4

Объём углекислого газа

VRO2

м3/кг

из табл. 1

1,57

5

Объём водяных паров:

теоретический (б=1)

V0H2O

м3/кг

из табл. 1

1,45

избыточный (б> 1)

VбH2O

м3/кг

0,0161•(б-1)•V0

0,034

действительный

VH2O

м3/кг

V0H2O+VбH2O

1,484

6

Суммарный объём

дымовых газов:

теоретический (б=1)

V0г

м3/кг

из табл. 1

11,28

действительный

Vг

м3/кг

V0г+(б-1)•V0

13,37

7

Объёмные доли продуктов сгорания:

углекислого газа

rRO2

VRO2/Vг

0,117

водяных паров

rH2O

VH2O/Vг

0,111

суммарная для трёхатомных газов

rп

rRO2+rH2O

0,228

8

Парциальные давления:

углекислого газа

pRO2

МПа

р•rRO2

0,012

водяных паров

pH2O

МПа

р•rH2O

0,011

суммарная для трёхатомных газов

pп

МПа

р•rп

0,023

9

Давление в топке без наддува

р

МПа

принимаем

0,1

Таблица 3. Определение энтальпии дымовых газов Iг, кДж/кг, в зависимости от их температуры

tг, єC

I0г

I0в

IбH2O

Iг

100

1557

1379

5

1838

200

3146

2780

10

3713

300

4783

4211

16

5641

400

6467

5664

21

7622

500

8193

7148

27

9650

600

9954

8674

33

11 721

700

11 761

10 231

39

13 847

800

13 628

11 809

45

16 035

900

15 528

13 386

52

18 257

1000

17 459

15 006

59

20 519

1100

19 396

16 668

65

22 795

1200

21 366

18 329

72

25 105

1300

23 334

19 991

80

27 411

1400

25 370

21 694

87

29 796

1500

27 384

23 398

94

32 158

1600

29 430

25 111

102

34 555

1700

31 491

26 815

110

36 963

1800

33 566

28 518

118

39 387

1900

35 665

30 274

125

41 845

2000

37 749

32 019

133

44 286

2100

39 862

33 774

141

46 758

2200

41 979

35 520

150

49 232

Расчётные формулы

I0г = VRO2 • (ct)CO2 + V0N2 • (ct)N2 + V0H20 • (ct)H2O

I0в = V0 • (ct)в

IбH2O = VбH2O • (ct)H2O

Iг = I0г + (б-1) • I0в + IбH2O

Таблица. Энтальпия 1 м³ газов и влажного воздуха (d=10 г/кг)

Температура

Энтальпия, кДж/м3

t, єC

(ct)CO2

(ct)N2

(ct)H2O

(ct)02

(ct)в

100

169

130

151

132

132

200

357

260

304

267

266

300

559

392

463

407

403

400

772

527

626

552

542

500

996

664

794

699

684

600

1222

804

967

850

830

700

1461

946

1147

1005

979

800

1704

1093

1335

1160

1130

900

1951

1243

1524

1319

1281

1000

2202

1394

1725

1478

1436

1100

2457

1545

1926

1637

1595

1200

2729

1696

2131

1800

1754

1300

2976

1850

2344

1963

1913

1400

3240

2009

2558

2127

2076

1500

3504

2164

2779

2294

2239

1600

3767

2323

3001

2461

2403

1700

4035

2482

3227

2629

2566

1800

4303

2642

3458

2796

2729

1900

4571

2805

3688

2968

2897

2000

4843

2964

3926

3139

3064

2100

5115

3127

4161

3307

3232

2200

5387

3290

4399

3483

3399

Таблица 4 (1 часть) Предварительный тепловой баланс и определение расхода топлива

п/п

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Расчётная формула

или способ определения

Знач. вел.

Доп. усл.

1

Низшая теплота сгорания

Qрн

кДж/кг

из табл. 1

39 800

2

КПД

зк

%

Из задания

92

3

Тепловые потери

от химической неполноты сгорания

q3

%

смотри Приложение

0,5

в окружающую среду

q5

%

смотри Приложение

2

с уходящими газами

q2

%

100-(зк+q3+q5)

5,5

4

Коэффициент избытка воздуха

б

из табл. 2

1,2

5

Температура воздуха

холодного

tх. в

єC

Из задания

35

горячего

tг. в

єC

Из задания

35

6

Количество теплоты вносимое воздухом

холодным в воздухоподогреватель

Qх. в

кДж/кг

б?V0•сх. в•tх. в

441,09

горячим в топку

Qг. в

кДж/кг

б?V0•сг. в•tг. в

448,56

7

Количество теплоты отданное в воздухоподогреватель

Qв. п

кДж/кг

Qг. в-Qх. в

7,46

8

Температура топлива

tт

єC

Из задания

110

9

Теплоёмкость топлива

cт

кДж/(кг*К)

1,74+0,0025•tт

2,135

10

Коэффициент сохранения тепла

ц

(100-q5)/100

0,98

11

Количество теплоты, вносимого в топку топливом

Qт

кДж/кг

cт•tт

234,85

Таблица 4 (2 часть) Предварительный тепловой баланс и определение расхода топлива

п/п

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Расчётная формула

или способ определения

Знач. вел.

12

Энтальпия уходящих газов

Iух

кДж/кг

(q2•Qрн)/100+Qх. в+Qт

2864,94

13

Температура уходящих газов

tух

єC

из диаграммы I-t

160

14

Энтальпия газов за последним

элементом пароводяного тракта

Iз. э

кДж/кг

Iух+Qв. п

2872,56

15

Температура газов за последним

элементом пароводяного тракта

tз. э

єC

из диаграммы I-t

240

16

Полезное тепловыделение в топке

Qв. т

кДж/кг

Qрн•(100-q3)/100+Qг. в+Qт

40 284

17

Паропроизводительность

полная

Dк

кг/с

Из задания

11,11

насыщенного пара

Dн

кг/с

Из задания

0

перегретого пара

Dпер

кг/с

Из задания

11,11

18

Теплота парообразования

r

кДж/кг

из таблицы водяного пара при pк

1931

19

Влажность пара, поступающего в пароперегреватель

1-x

%

принимается 1-x=0,1%

0,1

20

Энтальпия пара

сухого насыщенного

i"

кДж/кг

из таблицы водяного пара

-

влажного насыщенного

ix

кДж/кг

i"-r•(1-х)/100

-

перегретого

iпер

кДж/кг

из таблицы водяного пара

3123

21

Энтальпия питательной воды

iп. в

кДж/кг

по tп. в из задания

292

22

Расчётный расход топлива

B

кг/с

(Dпер•(iпер-iп. в)+Dн•(ix-iп. в))/(Qрнк)

0,86

23

Испарительность топлива

u

кг/с

Dк/B

12,94

Таблица 5. Определение основных элементов топки, характеризующих общую компоновку котла

п/п

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Расчётная формула

или способ определения

Знач. вел.

Доп. усл.

1

Тепловое напряжение топочного объёма

qV

кВт/м3

смотри Приложение

800

2

Объём топки

Vт

м3

B•Qрн/qV

42,73

3

Расчётная длина топки

Lт

м

смотри Приложение

4,37

4

Площадь стенки топочного фронта

Fт. ф

м2

Vт/Lт

9,78

5

Средняя длина парообразующих труб,

освещённых излучением из топки:

пучка

lп

м

Выбирается в соответствии с эскизом котла

5,1

бокового экрана

lб. э

м

Выбирается в соответствии с эскизом котла

5,8

6

Угловой коэффициент лучевоспринимающих

труб, пучка и бокового экрана

xп

смотри Приложение

1

xб. э

1

7

Лучевоспринимающая поверхность нагрева

Hл

м2

Lт•(xп•lп+xб. э•lб. э)

47,63

8

Полная площадь стен,

ограничивающих топочный объём

Fст

м3

Hл+2•Fт. ф

67,19

9

Степень экранирования топки

ш

Hл/Fст

0,71

10

Эффективная толщина излучающего слоя

s

м

3,6•Vт/Fст

2,29

Таблица 6. Расчёт теплообмена в топке

п/п

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Расчётная формула

или способ определения

Знач. вел.

Доп. усл.

1

Условный коэффициент загрязнения

лучевоспринимающей поверхности нагрева

ж

смотри Приложение

0,9

2

Произведение

шж

ш?ж

0,64

3

Тепловое напряжение лучевоспринимающей

поверхности нагрева

qл

кВт/м2

B•Qв. т/(ж?Hл)

807,15

4

Теоретическая температура сгорания

tб

єC

из диаграммы I-t, по Iб=Qв. т

1950

Tб

К

tб+273

2223

5

Температура газов на выходе из топки

t'з. т

єC

смотри Приложение

1300

Tз. т

К

t'з. т+273

1573

6

Энтальпия газов на выходе из топки

I'з. т

кДж/кг

из диаграммы I-t

25 400

7

Коэффициент ослабления

лучей топочной средой

k

1/(МПа*м)

из номограммы (рис. 6. 10)

1,71

8

Суммарная оптическая

толщина продуктов сгорания

kps

k•p•s (p=0,1 МПа)

0,39

9

Степень черноты факела

бф

1-e-k•p•s

0,32

10

Степень черноты топки

бт

из номограммы (рис. 6. 2) по бф?ш?ж

0,42

11

Расчётная температура

газов на выходе из топки

tз. т

єC

из номограммы (рис. 6. 3)

1300

12

Энтальпия газов на выходе из топки

Iз. т

кДж/кг

из диаграммы I-t

27 170

13

Количество теплоты переданной в топке

Qл

кДж/кг

(Iб-Iз. т)?ц

12 852

Таблица 7. (1 часть) Расчёт теплообмена в пучке парообразующих труб

п/п

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Расчётная формула

или способ определения

Знач. вел.

Доп. усл.

1

Наружный диаметр трубы

d

м

смотри Приложение

0,029

2

Число рядов труб

z2

смотри Приложение

11

3

Поперечный шаг труб

s1

м

смотри Приложение

0,044

4

Продольный шаг

s2

м

смотри Приложение

0,05

5

Число труб в одном ряду

z1

Lт/s1

99

6

Средняя расчётная длина труб

lп

м

из табл. 5

5,1

7

Коэффициент, учитывающий

неравномерность омывания

о

смотри Приложение

0,9

8

Расчётная поверхность нагрева труб

Hп

м2

р?d•lп•z1•z2+lп•Lт

485,33

9

Полная поверхность нагрева пучка

H

м2

р?d•lп•z1•z2

507,62

10

Площадь сечения для прохода газов

F

м2

(Lт-z1•d)•lп

7,60

11

Эффективная толщина излучающего слоя

s

м

0,06

12

Температура газов на выходе из топки

tз. т

єC

из табл. 6

1300

13

Энтальпия газов на выходе из топки

Iз. т

кДж/кг

из табл. 6

27 170

14

Температура кипения воды

при рабочем давлении

ts

єC

из таблицы водяного пара по pк

234

Таблица 7. (2 часть) Расчёт теплообмена в пучке парообразующих труб

п/п

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Расчётная формула

или способ определения

Знач. вел.

Доп. усл.

15

Температура газов на

выходе из первого пучка

t'п

єC

принимается три значения

по пункту 6. 4

500

600

800

16

Энтальпия газов на

выходе из первого пучка

I'п

кДж/кг

из диаграммы I-t

10 250

12 400

16 800

17

Средняя температура

газового потока

t'г

єC

0,5•(tз. т+t'п)

900

950

1050

T'г

К

t'г+273

1173

1223

1323

18

Расчётная средняя

скорость газов

щ

м/с

B•Vг•T'г/(F•273)

6,49

6,77

7,33

19

Количество теплоты,

отданное газами

Q'п

кДж/кг

(Iз. т-I'п)?ц

16 582

14 475

10 163

20

Коэффициент

загрязнения

е

м2*К/Вт

смотри Приложение

0,008

21

Температура наружного

загрязнения стенки труб

tс. з

єC

ts+е?Q'п/Hп

234,27

234,24

234,17

22

Поправочные коэффициенты

для определения бк

Cz

из номограмм (рис. 6. 4, 6. 5, 6. 6)

0,92

Cs

0,98

Cф

0,92

23

Коэффициент

теплоотдачи конвекцией

из номограммы

бн

Вт/м2

из номограммы (рис. 6. 4, 6. 6)

150

180

200

расчётный

бк

Вт/м2

бн•Cz•Cs•Cф

124

149

165

24

Коэффициент ослабления лучей

трёхатомными газами

k

1/(МПа*м)

из номограммы (рис. 6. 10)

14,48

14,01

13,06

25

Суммарная оптическая толщина

продуктов сгорания

kps

k•p•s (p=0,1 МПа)

0,09

0,09

0,08

Таблица 7 (3 часть) Расчёт теплообмена в пучке парообразующих труб

п/п

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Расчётная формула

или способ определения

Знач. вел.

Доп. усл.

26

Степень черноты газового потока

a

из номограммы (рис. 6. 9) по kps

0,08

0,08

0,08

27

Коэффициент, определяющий

температурный режим

Cг

из графика (рис. 6. 9)

0,98

0,98

0,98

28

Коэффициент теплоотдачи

излучением

из номограммы

бн

Вт/м2

из номограммы (рис. 6. 9)

180

200

220

расчётный

бл

Вт/м2

бн•a•Cг

14,89

16,02

16,48

29

Коэффициент теплоотдачи

от газов к стенке

б1

Вт/м2

о?бкл

126,86

150,4

165,7

30

Коэффициент теплоотдачи

kп

Вт/м2

б1/(1+е?б1)

62,9

68,2

71,2

31

Разность температур

теплообменивающихся сред

большая

?tб

єC

tз. т-ts

1066

1066

1066

меньшая

?tм

єC

t'п-ts

266

366

566

32

Температурный напор

?tп

єC

(?tб-?tм)/(2,3•lg (?tб/?tм))

557,5

633,5

764,1

33

Количество теплоты,

воспринимаемое

поверхностью нагрева

Q"п

кДж/кг

kп•Hп•?tп•10-3/B

19 835

24 435

30 769

34

Расчётное количество

теплоты, переданное в пучке

Qп

кДж/кг

Графическим решением

уравнений Q'п и Q"п

(рис. 6. 17)

16 200

35

Расчётная температура

газов за пучком

tп

єC

520

36

Энтальпия газов за пучком

Iп

кДж/кг

из диаграммы I-t

9800

Таблица 8. (1 часть) Расчёт теплообмена в пароперегревателе

п/п

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Расчётная формула

или способ определения

Знач. вел.

Доп. усл.

1

Температура пара

насыщенного

ts

єC

из табл. 7

234

перегретого

tпер

єC

из задания

340

средняя

tс

єC

0,5•(ts+tпер)

287

2

Энтальпия пара

насыщенного

ix

кДж/кг

из табл. 4

2794

перегретого

iпер

кДж/кг

из табл. 4

3123

3

Удельный объём пара

насыщенного

х"

м3/кг

из таблицы водяного пара

0,6 662

перегретого

хпер

м3/кг

из таблицы водяного пара

0,085

средняя

хс

м3/кг

0,5•(х"+хпер)

0,7 581

4

Количество теплоты, необходимое

для перегрева пара до заданной температуры

Qпер

кДж/кг

(iпер-ix)•u

40 430

5

Температура газов за парообразующим пучком

tп

єC

из табл. 7

520

6

Энтальпия газов за парообразующим пучком

Iп

кДж/кг

из табл. 7

9800

7

Энтальпия газов за пароперегревателем

Iз. п

кДж/кг

Iп-Qпер

15 988

8

Температура газов за пароперегревателем

tз. п

єC

из диаграммы I-t

480

Таблица 8. (2 часть) Расчёт теплообмена в пароперегревателе

п/п

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Расчётная формула

или способ определения

Знач. вел.

Доп. усл.

9

Средняя температура газового потока

tг

єC

0,5•(tп+tз. п)

500

Tг

К

tг+273

773

10

Разность температур

теплообменивающихся сред

большая

?tб

єC

tп-tс

233

меньшая

?tм

єC

tз. п-tс

193

11

Температурный напор

?tпер

єC

(?tб-?tм)/(2,3•lg (?tб/?tм))

211

12

Диаметр труб

наружный

dн

м

смотри Приложение

0,02

внутренний

dвн

м

смотри Приложение

0,023

13

Шаг труб

поперечный

s1

м

смотри Приложение

0,045

продольный

s2

м

смотри Приложение

0,05

14

Расчётная длина петли

Lпер

м

Выбирается в соответствии с эскизом котла

5,53

15

Поперечный размер (ширина) газохода

lпер

м

Выбирается в соответствии с эскизом котла

2,25

16

Количество труб в одном ряду

z1

lпер/s1+1

51

17

Площадь живого сечения для прохода газа

Fпер

м2

(lпер-(z1-1)•dн)•lпер/2

2,212

18

Расчётная скорость газового потока

щг

м/с

B•Vг•Tг/(Fпер•273)

14

19

Коэффициент неравномерности

омывания поверхности нагрева

о

смотри Приложение

0,9

Таблица 8. (3 часть) Расчёт теплообмена в пароперегревателе

п/п

Наименование величины

Обозначение

Размерность

Расчётная формула или способ определения

Знач. вел.

Доп. усл.

20

Поправочные коэффициенты

для определения бк

Cz

из номограмм (рис. 6. 4, 6. 5, 6. 6)

1,03

Cs

0,98

Cф

0,92

21

Коэффициент теплоотдачи

конвекцией

из номограммы

бн

Вт/м2

из номограмм (рис. 6. 4, 6. 6)

94

расчётный

бк

Вт/м2

бн•Cz•Cs•Cф

87,29

22

Коэффициент загрязнения

е

м2*К/Вт

смотри Приложение

0,008

23

Температура наружного

загрязнения стенки труб

tс. з

єC

принимается tп+(30ч50)

550

24

Эффективная толщина

излучающего слоя

s

м

0,063

25

Коэффициент ослабления

луча трёхатомными газами

k

1/(МПа*м)

из номограммы (рис. 6. 10)

22,51

26

Суммарная оптическая

толщина продуктов сгорания

kps

k•p•s (p=0,1 МПа)

0,14

27

Степень черноты газового потока

a

из номограммы (рис. 6. 9) по kps

0,13

Таблица 8. (4 часть) Расчёт теплообмена в пароперегревателе

п/п

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Расчётная формула

или способ определения

Знач. вел.

Доп. усл.

28

Коэффициент теплоотдачи излучением

из номограммы

бн

Вт/м2

из номограммы (рис. 6. 9)

135

поправка на температурный режим

Cг

0,87

расчётный

бл

Вт/м2

бн•a•Cг

15,89

29

Коэффициент теплоотдачи

от газов к стенке

б1

о?бкл

93,95

30

Средняя скорость пара в трубах пароперегревателя

щп

м/с

смотри Приложение

20

31

Коэффициент теплоотдачи

от стенки труб к пару

из номограммы

бн

Вт/м2

из номограммы (рис. 6. 11)

780

поправка на диаметр

Cd

из графика (рис. 6. 11)

1

расчётный

б2

Вт/м2

бн•Cd

780

32

Коэффициент теплопередачи

kпер

Вт/м2

б1/(1+(е+1/б2)?б1)

50,19

33

Поверхность нагрева

пароперегревателя

Hпер

м2

B•Qпер•103/(kпер•?tпер)

20

34

Температура наружного

загрязнения стенки труб

tс. з

єC

tп+(1-е?1/б2)•Qпер/Hпер

532

Таблица 10. Баланс по паропроизводительности и КПД

п/п

Наименование величины

Обозна-

чение

Размер-

ность

Расчётная формула

или способ определения

Знач. вел.

Доп. усл.

1

Расход топлива

B

кг/с

из табл. 4

0,86

2

Низшая теплота сгорания топлива

Qрн

кДж/кг

из табл. 1

39 800

3

Количество теплоты, переданной

поверхности нагрева

в топке

Qл

кДж/кг

из табл. 6

12 852

в парообразующем пучке

Qп

кДж/кг

из табл. 7

16 200

в пароперегревателе

Qпер

кДж/кг

из табл. 8

40 430

в воздухоподогревателе

Qвп

кДж/кг

из табл. 9

Сумма

УQк

кДж/кг

Qл+Qп+Qпер+Qвп

35 848

4

Энтальпия влажного насыщенного

пара и питательной воды

ix

кДж/кг

из табл. 4

2794

iп. в

кДж/кг

из табл. 4

292

5

Испарительность топлива

u

кг/кг

(УQк-Qпер)/(ix-iп. в)

15,54

6

Паропроизводительность

Dк

кг/с

u•B

13,35

7

К. П. Д.

зк

%

УQк•100/(Qрн+Qв. п)

90,07

Приложение

В топку всегда подаётся избыточное количество воздуха, вследствие невозможного идеального перемешивания паров топлива и воздуха, в топку подаётся избыточное количество воздуха б=Vд/V0. Коэффициент избытка воздуха б зависящее от вида топлива, качества его распыливания, технического совершенства топочных устройств, температуры воздуха и других факторов. Для вспомогательных котлов коэффициент избытка воздуха может составлять б=1,2ч1,3. В расчёте принимаем б=1,2.

Потеря теплоты с уходящими газами q3 обусловлена тем, что углерод за время нахождения топлива в топке не успевает окислится до CO2, и некоторая часть окиси СО покидает топку с дымовыми газами. При качественном сгорании окиси углерода СО мало, и потери q3 редко превышают 0,5% на номинальной нагрузке. С уменьшением нагрузки котла q3 незначительно возрастает (вследствие понижения температуры горения), а с уменьшением коэффициента избытка воздуха — увеличивается из-за нехватки кислорода для горения. Из опыта эксплуатации потери теплоты с уходящими газами практически отсутствует, в расчёте принимаем q3=0,1.

Потеря теплоты в окружающую среду через наружные поверхности обшивки и котла q5 определяется размерами котла, качеством изоляции обшивки и наличием двойного кожуха котла. Потери в окружающую среду достаточно малы и на номинальной нагрузке для вспомогательных водотрубных котлов составляют 1,5ч2,5%. В расчёте принимаем q5=2,5%

При снижении нагрузки потеря q5 возрастает по формуле q5'=0,5•q5•(1+Dк/Dк'),

где q5' - и потеря в окружающую среду при долевой нагрузке (Dк').

При 25% нагрузке q5'=0,5•2,5•(1+25/6,25)=6,25%

Тепловое напряжение топочного объёма (объемная плотность теплового потока), кВт/м3:

qV=B•Qрн/Vт

гдеВ — расход топлива, кг/ч;

Qрн — теплота сгорания топлива, кДж/кг;

Vт — объём топки, м3;

Надёжная работа вспомогательного котла в течение длительного времени может быть обеспечена, если тепловое напряжение топочного объема при нормальной нагрузке составляет около 520ч640 кВт/м3. Необходимо при этом учитывать взаимную связь между тепловым напряжением топочного объема, степенью экранирования топки, и температурой газов. Развитое экранирование топки позволяет при прочих равных условиях понизить температуру газов. При повышении величины qV (не в ущерб надёжности) можно увеличить габаритные размеры котла. Тепловое напряжение топочного объема зависит от габаритных размеров котла (при повышении величины qV (не в ущерб надёжности) можно увеличить габаритные размеры котла). Для котлоагрегата установленного на танкере «Победа» в расчёте принимаем qV=640.

Угловой коэффициент экранных трубок x учитывает долю тепла, воспринимаемую трубами экрана от всего количества тепла, которое могла бы воспринимать сплошная плоская металлическая стенка площадью Fст. э, имеющая такую же температуру, как и наружная поверхность экранных труб и определяется по расчётным графикам, приведённым на рис. 6.1. Для экрана, выполненного в виде сплошной стенки труб, и для первого конвективного пучка, x=1. В расчёте принимаем xп=1 и xб. э=1

Расчётная длина топки принимается 3,5 м.

Условный коэффициент загрязнения ж лучевоспринимающей поверхности нагрева при мазутном отоплении выбирается равным 0,9 для лучевоспринимающих поверхностей, составленных из гладких труб. В расчёте принимаем ж=0,9

Для расчёта топки при нормальной нагрузке котла с мазутным отоплением величину температуры газов на выходе из топки t'з. т в первом приближении можно выбрать равной примерно 1150ч1300 єC. В расчёте принимаем t'з. т=1300 єC.

Геометрические параметры конвективных пучков труб определяют оптимальность компоновки поверхности нагрева, что позволяет сделать правильную оценку эксплуатационных показателей процесса конвективного теплообмена в рассматриваемых элементах котла.

К геометрическим параметрам пучка относят наружный диаметр труб d, шаги: поперечный s1 и продольный s2 (по глубине пучка), а также относительное расположение труб (шахматное или коридорное).

При оценке оптимальных условий компоновки пучков парообразующих труб, пароперегревателя и хвостовых поверхностей нагрева необходимо учитывать прежде всего теплотехнические показатели и эксплуатационную надежность котлов в целом.

В случае шахматного расположения труб в пучке поверхность нагрева при прочих равных условиях получается несколько меньшей, чем при коридорном их расположении.

Более компактные поверхности нагрева можно получить путем уменьшения диаметра и шагов труб. Однако такое уменьшение можно считать оправданным лишь в том случае, если это не вызовет снижения эксплуатационной надежности и экономичности котла, что имеет первостепенное значение для транспортного судна.

В связи с этим величины диаметров труб и их шагов необходимо оценивать, исходя из совместного рассмотрения условий, обеспечивающих высокую надежность и экономичность котла.

Диаметр труб в общем случае выбирают в зависимости от качества сжигаемого топлива и питательной воды, а также исходя из условия обеспечения надежной циркуляции воды и пароводяной смеси в котле. В этом отношении различные элементы котла имеют некоторые особенности.

Для обеспечения надежной и устойчивой циркуляции при различных нагрузках конвективный пучок компонуют наиболее часто из труб. двух диаметров. Трубы, воспринимающие наибольшее количество тепла, т. е расположенные ближе к топке имеют больший диаметр, чем последующие ряды труб. Опыт, накопленный при проектировании, постройке и эксплуатации судовых котельных установок, позволяет считать приемлемыми следующие диаметры труб: для парообразующих поверхностей нагрева вспомогательных котлов 57Ч3,5(4,5); 44,5Ч3; 38Ч3 и 29Ч2,5 мм; для пароперегревателей 38Ч3; 29Ч2,5 и 25Ч2,5 мм; для воздухоподогревателей 44,5Ч2; 38Ч2 и 38Ч1,6 мм.

При выборе поперечного s1 и продольного по ходу газов s2 шагов труб в пучке необходимо учитывать следующие основные условия, которые ограничивают эту величину. При уменьшении шагов s1 и s2 повышается наружное загрязнение труб, а так же увеличивается толщина трубных досок барабанов и коллекторов. В этом отношении характеристикой пучка служит расстояние между центрами соседних труб. Количественную оценку s можно произвести на основании данных практики по конструкциям судовых водотрубных котлов. Исходя из вышеперечисленных условий, можно получить удовлетворительную компоновку пучка труб (рис. 6. 16), если при мазутном отоплении принять s? dн+15 мм (где dн — наружный диаметр труб, мм). Из опыта постройки и эксплуатации судовых водотрубных котлов следует, что s1?dн+(15ч17 мм) и для коридорных и для шахматных пучков труб.

Величина продольного шага труб s2 в коридорных пучках слабо влияет на теплообмен и может приняться равным s2?s1 из соображения обеспечения низкой интенсивности загрязнения при удовлетворительных размерах пучка.

В шахматных пучках труб продольный шаг s2 оказывает существенное влияние на теплообмен, т.к. совместно с шагом s1 определяет величену косого шага sк (рис. 6. 16, б), от которого зависит скорость газа в пучке так же, как и от s1. Из опыта эксплуатации судовых водотрубных котлов следует, что с теплотехнической точки зрения целесообразно принимать sк?s1 (т.н. равнопроходные пучки труб), а продольный шаг s2 в этом случае лежит в пределах s2?(0,9ч1,1)•dн.

Для уменьшения поверхности нагрева пароперегревателя первый пучок труб можно выполнить и с увеличенным шагом: s1=(1,5ч2,0)•dн и s1=(1,5ч1,7)•dн

При расчёте в пучка парообразующих труб принимаем:

Шахматное расположение труб;

Диаметр трубы dн=29Ч2,5 мм;

Поперечный шаг труб s1=58 мм;

Продольный шаг s2=116 мм.

При расчёте в пароперегревателя принимаем:

Шахматное расположение труб;

Диаметр трубы dн=38Ч3 мм;

Поперечный шаг труб s1=76 мм;

Продольный шаг s2=150 мм.

При расчёте в воздухоподогревателя принимаем:

Коридорное расположение труб;

Диаметр трубы dн=38Ч1,6 мм;

Поперечный шаг труб s1=70 мм;

Продольный шаг s2=70 мм.

Число рядов труб в пучке парообразующих труб принимаем z2=12.

Число рядов труб в пароперегревателе принимаем z2=1 из компоновки котла.

Коэффициент использования поверхности нагрева учитывает уменьшение тепловосприятия конвективной поверхyости нагрева вследствие неравномерного омывания ее газовым потоком.

Необходимо отметить, что судовые агрегаты имеют сравнительно малую неравномерность потока по сечению газоходов, которая в известных пределах компенсируется повышенным тепловосприятием путем увеличения скорости газов в омываемой части поверхности нагрева. Неравномерность омывания поверхностей нагрева отдельных элементов котла возрастает при наличии газонаправляющих перегородок. Компоновка судовых котлов позволяет обеспечить довольно полное омывание поверхностей нагрева потоком газов и воздуха, что дает возможность при тепловых расчетах выбирать коэффициент, учитывающий неравномерность омывания о=0,9−1,0.

При расчёте в пучка парообразующих труб принимаем: о=0,9

При расчёте в пароперегревателя принимаем: о=0,9

При расчёте в воздухоподогревателя принимаем: о=0,9

Коэффициент загрязнения поверхности нагрева е — это тепловое сопротивление, обуславливаемое теплопроводностью трёхслойной стенки трубы (металлическая стенка, наружные и внутренние загрязнения). Увеличение загрязнения снижает экономичность и надёжность котла. Наружное загрязнение труб имеет место во всех судовых котлах и зависит в основном от сорта топлива и способа его сжигания, типа поверхности нагрева и эффективности сажеобдувочных устройств. При сжигании сернистых мазутов на трубах могут образовываться плотные отложения, содержащие сажу, сернистые соединения, а в золе — легкоплавкие вещества, вызванные наличием ванадия и натрия в топливе.

Для уменьшения вредного влияния этих загрязнений на работу котла поверхности нагрева в процессе эксплуатации обдувают не менее раза в сутки, а также моют на стоянке горячей питательной водой через 2ч3 месяца.

Однако полной наружной отчистки труб добиться невозможно, и поэтому приходится учитывать некоторую среднеэксплуатационную степень загрязнения поверхности нагрева.

Внутренние загрязнения могут иметь место со стороны теплоотдачи. От стенки к нагреваемой среде (воде, пару, воздуху). При расчёте воздухоподогревателя влиянием загрязнения с воздушной стороны можно пренебречь.

При равных условиях коридорные пучки имеют более высокое значение е, чем шахматные. Повышенное загрязнение коридорных пучков может быть объяснено особенностью газового потока, заключающемся в том, что последующие ряды труб попадают в вихревую область, образующуюся за трубами, расположенными впереди. Условия омывания лобовой части труб в этой области ухудшается, в следствии чего является не только снижение интенсивности теплообмена конвекцией, но и повышение отложения взвешенных частиц на поверхности труб. Тем не менее коридорное расположение труб создаёт определённые удобства при отчистке поверхности нагрева от наружных загрязнений.

Относительное изменение коэффициент загрязнения е с изменением скорости газового потока для шахматных и коридорных пучков труб можно считать практически одинаковым. При увеличении скорости газов снижение е происходит за счёт некоторого самообдувания труб газовым потоком. Температура стенки трубы также влияет на степень загрязнения наружных поверхностей. При более высокой температуре стенки возрастает отложение взвешенных частиц на поверхности труб.

С учётом рассмотренных условий загрязнение поверхностей нагрева суммарный коэффициент можно рекомендовать выбирать равным е=0,005ч0,009 (м2•К)/Вт для всех морских котлов с мазутным отоплением при обычных скоростях газов в пучках пароводяного тракта и воздухоподогревателя (при нормальной нагрузке). Большее значение выбирается для вспомогательных и утилизационных котлов.

При расчёте в пучка парообразующих труб принимаем: е=0,009

При расчёте в пароперегревателя принимаем: е=0,009

При расчёте в воздухоподогревателя принимаем: е=0,009

При нормальной нагрузке судового котла средняя скорость пар в трубах пароперегревателя должна составлять щп=15ч20 м/с, что позволяет обеспечить эффективную теплоотдачу от труб к пару и их достаточную надёжность с точки зрения невозможности парогазовой коррозии. Применение более высоких скоростей нежелательно, т.к. это может вызвать недопустимое снижение давления пара в пароперегревателе. При наименьшей нагрузке, соответствующей режиму работы судовой установки, конструктивная компоновка пароперегревателя должна обеспечивать скорость пара в трубах около 2ч5 м/с (это условие может быть выполнено, если выбрать указанную выше скорость пара при нормальной нагрузке). В расчёте принимаем щп=20 м/с для основного расчёта и щп=5 м/с — при 25% нагрузке.

Все рисунки (графики и номограммы) и пункты ссылаются на данный учебник:

«Енин В. И. Судовые паровые котлы. «

Используемая литература

1. Денисенко Н. И., Костылев И. И. Судовые котельные установки. / Учебник для ВУЗов. — СПб.: «Элмор», 2005

2. Енин В. И., Денисенко Н. И., Костылев И. И. Судовые котельные установки. / Учебник для ВУЗов. — М.: Транспорт, 1993, 216 с.

3. Енин В. И. Судовые паровые котлы. / Учебник для ВУЗов. 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1984, 248 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой