Теплогенерирующие установки


Паровые котлы типа КЕ производительностью от 2,5 до 10 т/ч


Паровые котлы с естественной циркуляцией КЕ производительностью от 2,5 до 10 т/ч со слоевыми механическими топками типа ТЧ предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Техническая характеристика приведена в табл.1

Котел типа КЕ состоит из котла, топочного устройства, экономайзера, арматуры, гарнитуры, устройства для подвода воздуха в топку, устройства для удаления отходящих газов.

Топочная камера образована боковыми экранами, фронтовой и задней стенками. Топочная камера котлов паропроизводительностью от 2,5 до 10 т/ч разделена кирпичной стенкой на топку глубиной 1605-2105 мм и камеру догорания глубиной 360-745 мм, которая позволяет повысить КПД котла снижением механического недожога. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла асимметричные. Под камеры догорания наклонен таким образом, чтобы основная масса падающих в камеру кусков топлива скатывалась на решетку.

В котлах применена схема одноступенчатого испарения. Вода циркулирует следующим образом: питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан под уровень воды по перфорированной трубе. В нижний барабан вода сливается по задним обогреваемым трубам кипятильного пучка. Передняя часть пучка (от фронта котла) является подъемной. Из нижнего барабана вода по перепускным трубам поступает в камеры левого и правого экранов. Питание экранов осуществляется также из верхнего барабана по опускным стоякам, расположенным на фронте котла.

Котлы с решеткой и экономайзером оборудуются системой возврата уноса и острым дутьем. Унос, оседающий в четырех зольниках котла, возвращается в топку при помощи эжекторов и вводится в топочную камеру на высоте 400 мм от решетки. Смесительные трубы возврата уноса выполнены прямыми, без поворотов, что обеспечивает надежную работу систем. Доступ к эжекторам возврата уноса для осмотра и ремонта возможен через люки, расположенные на боковых стенках. В местах установки люков трубы крайнего ряда пучка вводятся не в коллектор, а в нижний барабан.

За котельными агрегатами в случае сжигания каменных и бурых углей с приведенной влажностью Wпр < 8 устанавливаются водяные экономайзеры, а при сжигании бурых углей с приведенной влажностью Wпр = 8 тАФ трубчатые воздухоподогреватели.

Площадки котлов типа КЕ расположены в местах, необходимых для обслуживания арматуры котлов. Основные площадки котлов: боковая площадка для обслуживания водоуказательных приборов; боковая площадка для обслуживания предохранительных клапанов и запорной арматуры на барабане котла; площадка на задней стенке котла для обслуживания продувочной линии из верхнего барабана и для доступа в верхний барабан при ремонте котла. На боковые площадки ведут лестницы, на заднюю площадку тАФ спуск (короткая лестница) с верхней боковой площадки.

Каждый котел типа КЕ паропроизводительностью от 2,5 до 10 т/ч оснащен контрольно-измерительными приборами и арматурой. Котлы оборудованы двумя предохранительными клапанами, один из которых контрольный. У котлов с пароперегревателями контрольный предохранительный клапан устанавливается на выходном коллекторе пароперегревателя. На верхнем барабане каждого котла установлен манометр; при наличии пароперегревателя манометр устанавливается и на выходном коллекторе пароперегревателя. На верхнем барабане устанавливается следующая арматура: главный паровой вентиль или задвижка (у котлов без пароперегревателя), вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды. На колене для спуска воды установлен запорный вентиль с условным проходом 50 мм.

У котлов производительностью от 2,5 до 10 т/ч через патрубок периодической продувки осуществляются периодическая и непрерывная продувки. На линиях периодической продувки из всех нижних камер экранов установлены запорные вентили. На паропроводе обдувки установлены дренажные вентили для отвода конденсата при прогреве линии и запорные вентили для подачи пара к обдувочному прибору.

На питательных трубопроводах перед экономайзером устанавливаются обратные клапаны и запорные вентили; перед обратным клапаном установлен регулирующий клапан питания, который соединяется с исполнительным механизмом автоматики котла.

Котлы типа КЕ обеспечивают устойчивую работу в диапазоне от 25 до 100% номинальной паропроизводительности. Надежность котлов характеризуется следующими показателями:

Средняя наработка на отказ, ч 3000

Средний ресурс между капитальными ремонтами, лет 3

Средний срок службы до списания, лет 20

Испытания и опыт эксплуатации большого числа котлов типа КЕ подтвердили их надежную работу на пониженном, по сравнению с номинальным, давлении. С уменьшением рабочего давления КПД котлоагрегата не уменьшается, что подтверждено сравнительными тепловыми расчетами котлов на номинальном и пониженном давлении. В котельных, предназначенных для производства насыщенного пара, котлы типа КЕ при пониженном до 0,7 МПа давлении обеспечивают такую же производительность, как и при давлении 1,4 МПа.

При работе на пониженном давлении предохранительные клапаны на котле и дополнительные предохранительные клапаны, устанавливаемые на оборудовании, должны регулироваться на фактическое рабочее давление.


Табл. 1

Технические данные котлов КЕ-6,5 завода Бийскэнергомаш

Обозначение (заводское)

Вид топлива

Паропро-
изводитель-
ность т/ч

Давление пара, МПа(кг/см2)

Темпера-
тура, CВ°

Габариты котла, мм (длина х ширина х высота)

КЕ-6,5-14С-О

каменный, бурый уголь

6,5

1,4(14)

194

7940х4640х5190

КЕ-6,5-14-225С-О

каменный, бурый уголь

6,5

1,4(14)

225

7940х4910х5190

КЕ-6,5-14МТО

древесные отходы, газ, мазут

6,5

1,4(14)

194

10700х5050х7490


Котел паровой типа КЕ 6,5 т/ч



Табл. 2

Заводскоеобозначение котла

Конструктивные размеры котлов, мм

L1

L2

L3

L4

L5

L6

L7

КЕ-6,5-14С-О

3000

7940

5550

195

880

2580

4640

8


1. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания


Табл. 3

наим. показателя

обозн.

Формула или обоснование

размер-ность

топка

КП

ВЭК

коэф. расхода воздуха

т + пр

-

1,4

1,5

1,6

средний коэф. расхода воздуха

ср

(т + i)/2

-

1,4

1,45

1,55

действительный объем водяных паров

VH2O

VоH2O+0,0161тАв(-1) тАв Vо

м3/кг

0,784

0,790

0,800

действительный объем азота

VN2

VоN2 + ( - 1 ) тАв Vо

м3/кг

8,202

8,546

9,234

действительный объем газов

VГ

(VоRO2 + VоN2 + VоH2O)+(- 1) тАв Vо

м3/кг

10,182

10,526

11,214

объемные доли трехатомных газов

rRO2

VоRO2 / VГ

-

0,122

0,118

0,111

объемные доли водяных паров

rH2O

VоH2O / VГ

-

0,0766

0,075

0,0713

суммарная объемная доля излучающих газов

rп

rH2O + rRO2

-

0,199

0,193

0,182

доля золы топлива, уносимая с продуктами сгорания

аун

по табл. 2.3 [1]

-

0,95



массовый расход газов при сжига-нии 1 кг топлива

G

1-0,01тАвАр+1,306 тАв тАв Vо

кг/кг

13,47

13,92

14,82

концентрация частиц золы

зл

0,01 тАв (Ар тАв аун ) _

Gг

кг/кг

7,76тАв10-3

7,51тАв10-3

7,05тАв10-3


2. Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания


Табл. 4

t

оС

Iог

кДж/кг

Iов

кДж/кг

Iзл

кДж/кг

IГ = IоГ + (-1) тАв IоВ + IЗЛ, кДж/кг

топка

КП

ВЭК

30

1026

909





100

2077

1830

8,5




150

3161

2763

13,0




200

4279

3718

17,7


6156

6327

300

5426

4698

27,6


7802


400

6590

5698

37,6


9477


500

7792

6724

48,1


11202


600

9027

7758

58,6


12964


700

10291

8796

69,5

13879

14759


800

11568

9860

80,3

15592

16578


900

12849

10948

91,2

17320



1000

14139

12041

102,9

19058



1100

15458

13134

115,0

20826



1200

16806

14256

127,9

22636



1300

18137

15378

141,3

24430



1400

19490

16496

160,9

26249



1500

20854

17618

181,8

28084



1600

22219

18740

197,3

29913



1700

23605

19887

215,0

31775



1800

24983

21039

229,5

33628



1900

26381

22190

244,2

35501



2000

27779

23337

260,2

37375




3. Тепловой баланс котла и расход топлива


Тепловой баланс составляется применительно к установившемуся состоянию котельного агрегата на 1 кг твердого топлива при 0 оС и давлении 0,1 МПа.


Общее уравнение теплового баланса имеет вид:

100 = + q2 + q3 + q4 + q5 + q6, %

где q2, q3, q4, q5, q6 тАУ потери теплоты в процентах.


Табл. 5

Рассчитываемая величина

Обозна-чение

Формула или обоснование

Расчет

Значе-ние

Размер-ность

Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива

q3

по табл. 2.3 [1]


0,5

%

Потери тепла от механической неполноты сгорания топлива

q4

по табл. 2.3 [1]


3,0

%

Потери тепла с уходящими газами

q2

(IухтАУух тАв Iох ) тАв (100-q4)

Qрн

(6527тАУ1,6тАв909) тАв (100тАУ3,0) / 26126

18,77

%

энтальпия уходя-щих газов при tух

Iух

по табл. 4


6527

кДж/кг

коэф. избытка воздуха в уходящих газах

ух

по табл. 3


1,6


энтальпия холод-ного воздуха, при tхв=30о

Iохв

по табл. 4


909

кДж/кг

Потери тепла от наружного охлаждения

q5

по рис. 3.1 [1]


2,3

%

доля шлакоулавливания в топочной камере

ашл

1 тАУ аун

1 тАУ 0,95

0,05


энтальпия шлака

(ct)шл

по табл. 3.1 [1]


1470

кДж/кг

Потери с физичес-кой теплотой шлака

q6

ашл тАв (ct)шл тАв Ар _

Qрн

0,05 тАв 1470 тАв 11 _

26216

0,03

%

КПД котлоагрегата

100 тАУ (q2+q3+q4+q5+q6)

100тАУ(18,77+0,5+ 3,0+2,3+0,03)

75,4

%

Коэффициент сохранения тепла

1 - q5 _

 + q5

1 тАУ 2,3 _

75,4 + 2,3

0,97

%

энтальпия перегретого пара

iпп

По табл.


3308

кДж /кг

энтальпия питательной воды

iпв

По табл.


419

кДж/кг

Расход топлива

В

D тАв (iпп тАУ iпв ) _

 тАв Qрн

1,8 тАв ( 3308 тАУ 419)

0,754 тАв 26216

0,325

кг/с

Расчетный расход топлива

Вр

В тАв ( 1 тАУ 0,01 тАв q4 )

0,325тАв(1тАУ0,01тАв3,0)

0,315

кг/с


4. Тепловой расчет топочной камеры


Табл. 6

Рассчитываемая величина

Обозна-чение

Формула или обоснование

Расчет

Значе-ние

Размер-ность

Объем топк

Vт

принимаем конструктивно


14,77

м3

Полная площадь поверностей топки

Fсм

_____

6 тАв 3 2

_____

6 тАв 3 14.772

36,12

м2

Радиационная площадь поверхности нагрева

Hл

принимаем конструктивно


24,78

м2

Степень экранирования

э

Hл / Fсм

24,78 / 36,12

0,69


температуру воздуха на входе в воздухоподогреватель

t`вп

по табл. 1.4 [1]


45

оС

температуру подогрева воздуха

tгв

по табл. 1.5 [1]


350

оС

энтальпия горячего воздуха

Iогв

по табл. 4


4208

кДж/кг

Тепло вносимое воздухом в топку

Qв

IогвтАвт

4208тАв1,4

5891

кДж/кг

Полезное тепловы-деление в топке

Qт

QнртАв(100-q3-q4-q6) / /(100-q4)+ Qв

21216тАв(100-0,5+3+ +0,03)/(100-3)+5891

26991

кДж/кг

Теоретическая температура горения

tтеор

по табл. 4


1943

оС

Относит. положение горелок

xг

принимаем конструктивно


0,14


Коэф. ядра факела

М

0,59-0,5тАвхг

0,59-0,5тАв0,14

0,52


Теплонапряжение стен топки

Q/Fсм

ВртАвQт/Fсм

0,315тАв26991/36,12

235,39

кВт/м2

Эффективная толщи-на излучающего слоя

3,6тАвVт/Fсм

3,6тАв14,77/36,12

1,47

м

Произведение PhтАвs

PhтАвs

PтАвrnтАвs

1тАв0,199тАв1,47

0,3

бартАвм

Коэф. ослабления лучей:


Принимаем t"=1000oC




трехатомными газами

кr

по номограмме


0,7

1/бартАвм

золовыми частицами

кзл

по номограмме


6,4

1/бартАвм

остатками кокса

кк

по номограмме


1

1/бартАвм

безразмерные величины

x1

x2



0,5

0,03


Оптическая толщина

kps

rтАвrnзлтАвзлктАвх1тАвч2) тАвРтАвS

(0,7тАв0,199+6,4тАв 7,76тАв10-3+ 1тАв0,5тАв0,03) тАв1тАв1,47

0,3

бартАвм

Степень черноты факела

аф

1-е-kps

1-e-0,3

0,26


Коэф. тепловой эффективности

хтАв

0,99тАв0,6

0,59


Степень черноты топки

ат

аф _

аф+(1-аф)тАв

0,26 _

0,26+(1-0,26)тАв 0,59

0,37


Температура газов на выходе из топки

t"т

по номограмме


945

oC

Энтальпия газов на выходе из топки

I"т

по табл. 4


13494

кДж/кг

Тепло, передаваемое топке излучением

Qтл

тАв (Qт- I"т)

0,97тАв(26991-13494)

13092

кДж/кг


5. Расчет конвективного пучка

Табл. 7

Рассчитываемая величина

Обозна-чение

Формула или обоснование

Значение при

Размер-ность

400 оС

300 оС

200 оС

Полная поверхн. КП

Н

конструктивно

147,8

м2

Диаметр труб

d

конструктивно

51х2,5

мм

Относительный шаг поперечных

S1/d

конструктивно

2,16

мм

Относительный шаг продольных

S2/d

конструктивно

1,76

мм

Живое сечение газов

F

конструктивно

1,24

м2

Эффективная тощина излучающего слоя

S

0,9тАвdтАв( 4 тАв S1тАвS2_)-1

 тАв d2

0,18

м

Температура газов перед КП

t'r

из расчета топки

t'r= t"т

945

oC

Энтальпия газов перед КП

I'r

из расчета топки

I'r= I"т

13494

кДж/кг

Температура газов за КП

t"r

Принимаем предварительно

400

300

200

oC

Энтальпия газов за КП

I"r

по табл. 4

6590

5426

4279

кДж/кг

Тепловосприятие по балансу

Qб

тАв(I'r- I"r)

6697

7826

8939

кДж/кг

Температ. насыщения

ts

по табл.

194

oC

Средняя температура газов

trср

(t'r+t"r)/2

673

623

573

oC

Средний температурный напор

t

tб-tм _

lntб/tт

421,5

329

153,7

oC

Средняя скорость газов в пучке

Wr

ВртАвVг тАв (trср+273)

F 273

9,26

8,77

8,29

м/с

Коэф. теплоотдачи конвекцией

k

по рис. 2 [2]

75

73

71

Вт/мтАвК

Произведение PhтАвs

PhтАвs

PтАвrnтАвs

0,035

бартАвм

Коэф. ослабл. лучей:


трехатомными газами

кr

по номограмме

1,25

1,4

1,6

1/бартАвм

золовыми частицами

кзл

по номограмме

9,9

10,7

11,7

1/бартАвм

Оптическая толщина

kps

rтАвrnзлтАвзл) тАвРтАвS

0,051

0,061

0,071

-

Степень черноты газового потока

аг

1-е-kps

0,048

0,058

0,068

-

Температура загрязненной стенки

t3

ts+t

615,5

523

347,7

oC

Коэф. теплоотдачи излучением

л

л=ниг

по рис. 4 [2]

4,51

4,28

4,07

Вт/мтАвК

Коэф. тепловой эффективности


0,65


Коэф. теплоотдачи

к

тАв(k+л)

51,6

50,2

48,7

Вт/мтАвК

Тепловосприятие КП по ур-ию теплообмена

Qт

ктАвtтАвНтАв10-3

Вр

10205

7749

3512

кДж/кг

Действительная температ. за КП

t"кп


305

oC

Действительная энтальпия за КП

I"кп

по табл. 4

7835

кДж/кг

Действительное тепловосприятие по балансу

Qбд

тАв(I'r- I"КП)

5556

кДж/кг



Действительная температура за КП

6. Расчет экономайзера


Табл. 8

Рассчитываемая величина

Обозна-чение

Формула или обоснование

Расчет

Значе-ние

Размер-ность

Температура газов на выходе

t'г

из расчета КП

t'г=t"кп


305

oC

Энтальпия газов на входе

I'г

из расчета КП

I'г=I"кп


7835

кДж/кг

Температура воды на входе в экономайзер

t'пв

по условию


100

oC

Энтальпия воды на входе в экономайзер

i'пв

i'пвтАв4,19


419

кДж/кг

Температура газов на выходе

t"г

t"г=tух


200

oC

Энтальпия газов на выходе

I"г

по табл. 4


6327

кДж/кг

Присос воздуха



по табл. 3


0,1

-

Тепловосприятие по балансу

Qб

тАв(I'r- I"r+тАвIохв)

0,97тАв(7835-6327+0,1тАв909)

1599

кДж/кг

Энтальпия воды на выходе

i"пв

i'пв+QбтАвВр

419+1599тАв0,315/1,4

687

кДж/кг

Температура воды на выходе

t"пв

i"пв /4,19

687/4,19

164

oC

Температурный напор на входе газов

t'

t'г- t"пв

305-164

141

oC

Температурный напор на выходе газов

t"

t"г- t'пв

200-100

100

oC

Средний температурный напор

t

(t'+t")/2

(141+100)/2

120,5

oC

Средняя температура газов

tгср

(t'г+ t"г)/2

(305+200)/2

252,5

oC

Средняя температура воды

tпвср

(t'пв+ t"пв)/2

(100+164)/2

132

oC

Температура загрязненной стенки

tз

tгср+25

132+25

157

oC

Объем газов на 1 кг топлива

Vг

по табл. 3


11,214

м3/кг

Средняя скорость газов

Wг

5 тАУ 12


8

м/с

Живое сечение для прохода газов

F

ВртАвVг тАв(tгср+273)_

Wг тАв 273

0,315тАв11,214тАв(252,5+273)

8 тАв 273

0,84

м2

Требуемое живое сечение для прохода газов

Fтр

конструктивно


0,12

м2

Число труб в горизонтальном ряду

F/Fтр

0,84/0,12

7

шт.

Коэф. теплоотдачи

k

k=kнтАвсv

18тАв1,05

18,9

Вт/мтАвК

Поверхность обмена по уровню теплобмен.

H

QбтАвВртАв103_

k тАв t

1405тАв0,315тАв103_

18,9тАв110,5

212

м2

Требуемая поверхность нагрева со стороны газов

Hтр

конструктивно


2,95

м2

Общее число труб

N

Н/Нтр

212/2,95

71,8

шт.

Число рядов труб по вертикали

N/n

71,8/7

10

шт.


7. Сводная таблица теплового расчета парогенератора

Табл.9

Величина

размерность

топка

КП

ВЭК

температура газов на входе

oC

30

945

305

температура газов на выходе

oC

945

305

200

Тепловосприятие

кДж/кг

13092

5556

1599

температура теплоносителя на входе

oC

100

194

164

температура теплоносителя на выходе

oC

194

164

100

скорость газов

м/с


8,77

8


8. Проверочный расчет


Qнр тАв / 100 = ( Qлг + Qбкп + Qбвэк ) тАв ( 1 тАУ q4 / 100 )


26126 тАв 75,4 / 100 = ( 13092 + 5556 + 1599 ) тАв ( 1 тАУ 3 / 100 )

19699 = 19639


( 19699 тАУ 19639 ) тАв 100 % = 0,3 %

19699


Ошибка составляет 0,3 %

Литература


1. "Расчет топки": Методические указания к курсовому проекту по курсу "Котельные установки" для студентов специальности 29.07 и 10.07. Екатеринбург, изд. УПИ им.С.М.Кирова, 1991.

2. "Расчет конвективных поверхностей котла": Методические указания к курсовому проекту по курсу "Теплогенераторные установки" для студентов специальности 29.07 и 10.07. Екатеринбург, изд. УГТУ-УПИ, 1994.

3. Сидельников Л.Н, Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1988.

4. Зыков А.К. Паровые и водогрейные котлы: Справочное пособие. тАУ М.: Энергоатомиздат, 1987.

5. http:/" onclick="return false">

21


Вместе с этим смотрят:


11-этажный жилой дом с мансардой


14-этажный 84-квартирный жилой дом


16-этажный жилой дом с монолитным каркасом в г. Краснодаре


180-квартирный жилой дом в г. Тихорецке


2-этажный 3-секционный 18-квартирный жилой дом в г. Мирном