Расчет водогрейного котла ПТВМ 50
Введение
В данной работе произведем тепловой и проверочный тепловой расчеты водогрейного котла ПТВМ - 50, применяемого для нагрева сетевой воды систем отопления, как при эксплуатации в котельных коммунальной сферы, так и промышленно - отопительных котельных (ТЭЦ).
Котел ПТВМ - 50 характеризуется малыми сроками пуска и останова, поэтому котел эксплуатируется, как в качестве основного источника тепла с температурой теплоносителя 70° - 150°С, так и пикового с температурой теплоносителя 105°- 150°С.
Котлы серии ПТВМ могут работать на двух видах топлива: жидком (мазут) и газообразном (природный газ).
В связи с тем, что для работы на жидком топливе необходимы капитальные вложения в организацию и последующею эксплуатацию топливного хозяйства, а эффективность от сжигания мазута не так уж велика, большая часть котлов данной серии переоборудована под работу на газообразном топливе, что в сою очередь и обеспечило сокращения времени на пуск котла.
При тепловом расчете котла ПТВМ - 50, в качестве топлива будем применять газообразное топливо (природный газ).
1. Исходные данные
Таблица 1 - Технические характеристики котла
|
Наименование |
ПТВМ - 50 |
|
|
Теплопроизводительность, МВт (Гкал/ч) |
58,2 (50) |
|
|
Избыточное давление воды, Мпа: расчетное минимальное на выходе |
2,5 0,8 |
|
|
Температура воды на входе в котел, °С: в основном режиме в пиковом режиме на выходе из котла |
70 104 150 |
|
|
Расход воды, т/ч: в основном режиме в пиковом режиме |
625 1200 |
|
|
Расход топлива: газа, мі/ч мазута, кг/ч |
6720 6340 |
|
|
Температура уходящих газов (газ/мазут), °С |
180/190 |
|
|
Площадь поверхности нагрева, м2: радиационная конвективная |
138 1110 |
|
|
Объем топочной камеры, м3 |
124,5 |
|
|
Количество газомазутных горелок, шт. |
12 |
|
|
Габаритные размеры, м: длина ширина высота |
9,200 8,680 12,540 |
|
|
Масса в объеме поставки, т. |
83,5 |
|
|
КПД котла, %: на газе на мазуте |
89,6 87,8 |
Комплектующие для котла ПТВМ-50:
1) конвективные поверхности нагрева;
2) топочные камеры;
3) топочные экраны, которые обеспечивают охлаждение стенок труб;
4) горелки для котла;
5) экономайзер для котла ПТВМ-50;
Таблица 2 - Конструктивные и технико-экономические характеристика отопительного котла типа ПТВМ-50.
|
Показатель |
Значение показателя |
|
|
Компоновка котла |
Башенная |
|
|
Топливо |
Мазут-газ |
|
|
Тепловая производительность, МВт |
58,2 |
|
|
Радиационная поверхность топки, м2 |
116,0 |
|
|
Объем топочной камеры, м3 |
109 |
|
|
Габариты в плане по осям колонн, м |
5,16Ч5,18 |
|
|
Высота, м |
13,5 |
|
|
Площадь пола с учетом выступающих частей, м2 |
80 |
|
|
Масса металла: в том числе трубы, т. прочего металла, т. |
49,9 650 |
|
|
Масса вспомогательного оборудования, т. |
1,9 |
|
|
Масса обмуровки, т. |
45,1 |
|
|
Общая масса агрегата, т. |
162,0 |
Таблица 3 - Сравнение технических характеристик котла при работе на жидком и газообразном топливе.
|
Показатель |
Газ |
Мазут |
|
|
Теплопроизводительность, ГДж/ч |
210 |
147 |
|
|
Радиационная поверхность топки, м2 |
186 |
186 |
|
|
Поверхность ширм, м2 |
- |
- |
|
|
Поверхность конвективной части, м2 |
1110 |
1110 |
|
|
Объем топочной камеры, м3 |
128 |
128 |
|
|
Расход воды, т/ч: при двухходовой схеме при четырехходовой схеме |
1250 618 |
1250 618 |
|
|
Температура воды, : на входе в котел на выходе из котла |
70 150 |
110 150 |
|
|
Температура уходящих газов при максимальной нагрузке, |
235 |
292 |
|
|
Коэффициент полезного действия при максимальной нагрузке, % |
89,6 |
87,8 |
|
|
Расход топлива при максимальной нагрузке, м3/ч при нормальных условиях |
6720 |
6,5 |
|
|
Давление топлива перед горелками, МПа: максимальное минимальное |
0,024 0,009 |
3,92 1,18 |
Таблица 4 - Расчетные характеристики газообразных топлив.
|
CH4 |
% |
50 |
|
|
C2H6 |
% |
22 |
|
|
C3H8 |
% |
9,8 |
|
|
C4H10 |
% |
1,2 |
|
|
C5H12 |
% |
0,4 |
|
|
C6H14 |
% |
- |
|
|
СО |
% |
- |
|
|
СО2 |
% |
- |
|
|
N2 |
% |
16,6 |
|
|
O2 |
% |
- |
|
|
H2S |
% |
- |
|
|
43040 |
Таблица 5 - Объемы воздуха и продуктов сгорания газообразных топлив.
|
Промышленные газы |
V0 м3/м3 |
Vг0 м3/м3 |
м3/м3 |
м3/м3 |
м3/м3 |
|
|
Природный газ |
11,28 |
12,70 |
2,32 |
9,08 |
1,3 |
2. Описание конструкции котла и топочное устройство
Котел ПТВМ-50 предназначен для выработки горячей воды с температурой до 150 °С в отдельно стоящих котельных для использования в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов промышленного и бытового назначений. Котлы ПТВМ-50 выпускаются для работы как в основном режиме, так и в пиковом режимах (для подогрева сетевой воды) соответственно от 70 до 150 °С и от 110 до 150 °С [1].
Котёл ПТВМ-50 состоит из системы трубной, объединяющей топочную камеру и конвективную поверхность нагрева, и газомазутных горелок (рис. 1).
Рисунок 1 - Условная схема котла ПТВМ-50: 1 - дымовая труба; 2 - конвективные поверхности нагрева; 3 - камерная топка; 4 - газомазутная горелка; 5 - вентилятор.
Котёл ПТВМ-50 имеет башенную компоновку: над топочной вертикальной камерой призматической формы располагается конвективная поверхность нагрева. Трубная система за верхние коллекторы подвешивается к каркасной раме и свободно расширяется вниз (рис. 2).
а)
б)
Рисунок 2 - Схема котла ПТВМ-50.
Топочная камера экранирована трубами диаметром 60х3 мм с шагом S=64 мм, входящими в коллекторы диаметром 273х10 мм и диаметром 219х10 мм. Конвективная часть набирается из U-образных ширм из труб диаметром 28х3 с шагом S1=64 мм, S2=40 мм.
При работе на мазуте котел ПТВМ-50 включается по прямоточной схеме: подвод воды осуществляется в поверхности нагрева топочной камеры, отвод воды - из конвективной поверхностей нагрева.
При работе только на газообразном топливе включение котла ПТВМ50 по воде выполняется по противоточной схеме: подвод воды - в конвективные поверхности нагрева, отвод воды - из поверхностей нагрева топочной камеры.
Котёл ПТВМ-50 оборудован двенадцатью газомазутными прямоточновихревыми горелками ГМПВ-6, расположенными на боковых сторонах по 6 штук. Каждая горелка снабжена индивидуальным дутьевым вентилятором.
Котел имеет облегченную обмуровку, которая крепится непосредственно к экранным трубам. Общая толщина обмуровки 110 мм.
Над отопительным котлом установлена дымовая труба, обеспечивающую естественную тягу. Труба опирается на каркас.
Отопительный котел установлен полуоткрыто: в помещении размещаются только горелки, арматура, вентиляторы и т.д. (т.е. нижняя часть котлоагрегата), а все остальные элементы котла расположены на открытом воздухе.
Вода в отопительном котле циркулирует с помощью насосов. Расход воды зависит от режима работы отопительного котла: при работе в зимний период применяется четырехходовая схема циркуляции воды по основному режиму, а в летний -- двухходовая по пиковому режиму.
При четырехходовой схеме циркуляции вода в отопительном котле из теплосети подводится в один нижний коллектор и последовательно проходит через все элементы поверхности нагрева котла, преодолевая подъемы и спуски, после чего вода также через нижний коллектор отводится в тепловую сеть.
Рисунок 3 - Схема движения воды в отопительном котле ПТВМ-50 при основном режиме (а); пиковом режиме (б): 1 - подводящие и отводящие коллекторы; 2 - соединительные трубы; 3 - фронтальный экран; 4 - конвективный пучок труб; 5,6 - левый и правый боковые экраны; 7 - задний экран; 8 - коллекторы контуров.
При двухходовой схеме вода в отопительном котле поступает одновременно в два нижних коллектора и, перемещаясь по поверхности нагрева, нагревается, после чего отводится в тепловую сеть. При двухходовой схеме циркуляции через котел пропускается почти вдвое больше воды, чем при четырехходовой схеме. Это объясняется тем, что при летнем режиме работы котла нагревается большее, чем в зимний период, количество воды и она поступает в отопительный котел с более высокой температурой (ПО вместо 70 °С).
Перевод парового котла ПТВМ-50 с жидкого топлива на природный газ имеет ряд преимуществ: значительно снижаются выбросы в окружающую среду; нет необходимости складирования запасов топлива; удобный способ транспортировки топлива. Кроме того, замена в котлах жидкого топлива газовым позволяет увеличить их теплопроизводительность (таблица 3), за счет: дополнительного экранирования топок; повышения теплового напряжения топочного объема; правильного выбора количества горелок, их конструкции и мест установки; улучшения условий теплопередачи в конвективной части котла благодаря уменьшению загрязненности поверхностей нагрева; увеличения коэффициента полезного действия (КПД) котла, благодаря отсутствию потерь тепла с механическим и химическим недожогами и возможности сжигания газа с меньшими избытками воздуха.
Перевод водогрейного котла на сжигание природного газа, предусматривает самостоятельную систему регулирования подачи топлива.
Мазут остается резервным топливом.
Приборы контроля приняты в соответствии со следующими принципами:
- параметры, наблюдение за которыми необходимо для правильного ведения технологического процесса и осуществления предпусковых операций, измеряются показывающими приборами;
- параметры, учет которых необходим для хозяйственных расчетов или анализа работы оборудования, контролируются самопишущими приборами;
- параметры, изменение которых может привести к аварийному состоянию оборудования, контролируются сигнализирующими приборами.
При работе на газе значительно улучшается эксплуатация газовых топок. Отсутствует необходимость в громоздких устройствах топливоподготовки, топливоподачи и золоудаления. Упрощается обслуживание агрегата, улучшаются санитарно-гигиенические условия труда. Вместе с тем следует иметь в виду и некоторые отрицательные особенности газообразного топлива. В первую очередь это относится к тому, что большинство горючих газов ядовиты, а также взрывоопасны. В связи с этим эксплуатация газовых топок требует повышенного контроля утечек горючего газа.
Для обеспечения безопасной эксплуатации и повышения эффективности работы энергетического котла при переходе с мазута на природный газ требуется реконструкция систем топливоподачи и управления его горелками.
Сжигание газа совместно с другими видами топлива при недостатке газообразного топлива, а также при аварийном прекращении его подачи котлы должны переходить на резервное топливо - мазут или уголь.
Переход с одного вида топлива на другое должен производиться без прекращения работы установки, поэтому происходит сжигание газа совместно с другими видами топлива.
Расположение на топке ряда автономных газовых и мазутных горелок приводит к значительному усложнению топливных и воздушных коммуникаций и затрудняет эксплуатацию.
Кроме того, для защиты от обгорания неработающих горелок через их амбразуры приходится подавать воздух, что ухудшает воздушный режим в топке.
В связи с этим применяются комбинированные газомазутные горелки. Эти горелки разработаны на основе проверенной практикой газовой горелки, в которую встраивается мазутная форсунка.
При наличии резервного топлива и комбинированных горелок сжигание различных топлив осуществляют раздельно.