Материал: Разработка котельного агрегата ДКВр 20-13

Разработка котельного агрегата ДКВр 20-13

Введение

В данной курсовой работе выполнен поверочно-конструкторский расчет котла ДКВр 20-13 - двухбарабанного котла, вертикально-водотрубного реконструированного.

Для топочной камеры и конвективных котельных пучков выполнен поверочный расчет.

Для водяного экономайзера - конструктивный расчет.

Также разрабатывается проект котельного агрегата с экономайзером.

Исходные данные:

Поверхность нагрева, установленная за котлом - экономайзер

Номинальная паропроизводительность котла - 20 т/ч

Давление пара - 14 атм (ата)

Температура питательной воды (после деаэратора) - 80 ⁰С

Вид топлива - г/д Саратов-Москва

Способ сжигания топлива - в факеле

Температура наружного воздуха (в котельной) - 25 ⁰С

В первой главе производится расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания при α=1. Для этого рассчитывается теоретическое количество воздуха необходимое для полного сгорания топлива и минимальный объем продуктов сгорания, которые получились бы при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха.

Во второй главе приводится описание котла ДКВР 20-13, производится выбор топочного устройства по исходным данным, приводятся расчетные характеристики топки, определение коэффициентов избытка воздуха, рассчитываются энтальпии продуктов сгорания для разных участков, тут же строится J-θ диаграмма продуктов сгорания, производится расчет теплового баланса и расхода топлива, а также тепловой расчет топки, расчет конвективных пучков.

В третьей главе проводится конструктивный расчет водяного экономайзера, находится его поверхность нагрева, число и ряд труб.

В четвертой главе производится определение расчетной невязки теплового баланса.

В пятой главе составляется таблица теплового расчета котельного агрегата.

Описание топлива:

В качестве топлива в котельном агрегате используется природный газ, поступающий из газопровода Саратов-Москва

В качестве газообразного топлива используется природный газ газоконденсатных и газонефтяных месторождений. Природные газы подразделяются на три группы:

.        Газы, добываемые из чисто газовых месторождений. В основном состоят из метана и являются тощими или сухими. Содержание тяжелых углеводородов (от пропана и выше) в сухих газах 50 мг/м³.

.        Газы, которые выделяются из скважин нефтяных месторождений совместно с нефтью. Такие газы называются попутными. Кроме метана также газы содержат обычно свыше 150 мг/м³ тяжелых углеводородов. Они являются жирными газами. Жирными газами называются такие газы, которые представляют собой смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции и газового бензина.

.        Газы, добываемые из конденсатных месторождений. Такие газы состоят из смеси сухого газа и паров конденсата, которые выпадают при сжижении. Пары конденсата представляют собой смесь паров тяжелых углеводородов, содержащих С₅ и выше (бензин, керосин и лигроин).

Природный газ не имеет запаха. До подачи в сеть его одорируют, т.е. придают резкий не приятный запах, который ощущается при 1% концентрации.

Газообразное топливо очищают от примесей.

Природный газ состоит из метана СН₄ (до 98%) и других углеводородов. Теплота сгорания =28000-46000 кДж/м³. Природные газы отличаются малым содержанием балласта, отсутствием серы, окиси углерода и пыли.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащих некоторое количество примесей. К горючим газам относятся углеводороды, водород и оксид углерода. Негорючими компонентами являются азот, диоксид углерода и кислород. Они составляют балласт газообразного топлива.

В сравнении с твердым топливом применение в котельных установках жидкого и газообразного топлива значительно выгоднее т.к. упрощается его транспортировка, хранение и сжигание, а также значительно повышается коэффициент полезного действия котла. При использовании газа автоматизируется производство, и ликвидируются складские помещения.

Расчетные характеристики топлива:

Месторождение - г/д Саратов-Москва

Состав газа по объёму [6]:

CH₄=84,5%

C₂H₆=3,8%

C₃H₈=1,9%

C₄H₁₀=0,9%

С₅Н₁₂ и более=0,3%

N₂=7,8%

CO₂=0,8%

Плотность, кг/м³ (при 0 ⁰С и 760 мм рт. ст.), =0,837 кг/м³

= 8550 ккал/м³ =10215 кДж/кг

1. Расчет объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания при α=1 (для газообразного топлива)

Теоретическое количество воздуха необходимое для полного сгорания топлива:

Минимальный объем продуктов сгорания, которые получились бы при полном сгорании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (α=1):

,

,

,

,

2. Котел. Описание котла типа ДКВр 20-13

Котельные установки - это теплогенерирующие установки, т.е. целью их работы является получение тепловой энергии сгорания сжигаемого в них топлива и передачи полученной теплоты теплоносителю.

Котельные установки подразделяются по роду вырабатываемого теплоносителя на паровые и водогрейные, а по характеру обслуживания потребителей - на отопительные, отопительно-производственные и производственные. Котельные производственные и отопительные (предназначенные для покрытия отопительных нагрузок) работают определенное количество дней в году, в зависимости от характера производства и длительности отопительного периода.

Проектируемой теплогенерирующей установкой является котельный агрегат ДКВр 20-13.

Котел ДКВр 20-13 (первое число после наименования котла обозначает паропроизводительность, т/ч; второе число - давление пара в барабане котла, кгс/см² ати) - двухбарабанный, вертикально-водотрубный с естественной циркуляцией, реконструированный, бескаркасной конструкции. Он используется для производства насыщенного и перегретого (при установке пароперегревателя) пара давлением 14 и 24 кгс/см².

Котел предназначен для производственно-отопительных и районных котельных. При сжигании газообразного топлива компонуется камерной топкой.

Котельный агрегат ДКВр 20-13 представляет собой два продольно-расположенных барабана, установленных друг над другом, диаметром 1000 мм и сваренных из листовой стали. Поверхность верхнего барабана должна быть хорошо изолирована огнеупорным материалом для обеспечения требуемого срока службы котла.

Котельный агрегат обмурован со всех сторон тяжелыми кирпичными стенами толщиной 510 мм за исключением задней стенки толщиной 380 мм. Котел устанавливается на бетонном основании выше уровня чистого пола.

По боковым стенам обмуровки котельного агрегата вмонтированы люки для осмотра котла изнутри. Штампованное днище нижнего барабана имеет специальные лазы, закрываемые люками. Таким образом, у котла имеются четыре люка для ревизии с правой и с левой сторон (по два на каждую) и один с фронтовой стороны между газовыми горелками. С левой и с задней сторон можно произвести тщательный наружный осмотр котельного агрегата, а также произвести качественную регулировку расхода пара, благодаря смотровым площадкам, закрепленным на металлическом каркасе, который опоясывает обмуровку котла. В данном проекте запроектировано три смотровые площадки, подъем на которые можно осуществить по металлическим лестницам, приваренным к каркасу площадок. В свою очередь все смотровые площадки оборудованы перилами, установленными для предотвращения падения служебного персонала с этих площадок.

В верхней части котельного агрегата установлены два взрывных клапана. При нерасчетном режиме работы котельного агрегата - взрыве, резко возрастает объем дымовых газов. Дымовые газы свободно проходят через крупноячеистую сетку, затем разрушают асбестовую плиту и выходят по направляющей трубе наружу.

На верхнем барабане запроектирована вся необходимая запорно-регулирующая, предохранительная, контрольно-пропускная арматура, а также манометр, измеряющий давление в барабане котлоагрегата. На передней части котла установлены водоуказательные приборы.

На фронтовой части котла установлены три газомазутные горелки типа ГМГм, через которые топливо подается в топку котельного агрегата. Для этого во фронтальной стене обмуровки имеются расширяющиеся отверстия в топку, необходимые для образования факела горения и раскрытия его на необходимый угол.

По боковым сторонам за пределы вынесены трубы, соединенные с верхними и нижними коллекторами и обоими барабанами. Эти трубы - выносные циклоны. Выносные циклоны необходимы для разделения пароводяной смеси соответственно на пар и воду. От выносных циклонов в верхней части котла к верхнему барабану выходят две трубы, по которым движется пар.

С задней стороны в обмуровке имеется отверстие, через которое из конвективной части котла выходят дымовые газы. К этому отверстию возможно присоединение поверхностей нагрева - воздухоподогревателя или экономайзера. По заданию необходимо рассчитать и запроектировать поверхность нагрева - экономайзер, который соединен с котлом с помощью специального короба.

На наружной поверхности обмуровки имеются отверстия, в которые вмонтированы трубы периодической продувки. В нижний барабан дополнительно подведены трубы для прогрева котла паром при растопке.

Котел ДКВр 20-13 состоит из двух продольно-расположенных барабанов, которые соединяются между собой пучком кипятильных (конвективных) труб. Трубы боковых экранов приварены к верхним коллекторам. Нижние концы экранных труб приварены к нижним коллекторам. В нижнем барабане расположены трубы периодической продувки и спускная линия.

Перед кипятильным пучком котлов расположена топочная камера, которая для уменьшения потерь тепла с уносом и химическим недожогом делится кирпичной шамотной перегородкой на две части: собственно топку и камеру догорания. Дымовые газы совершают в котле горизонтально-поперечное с несколькими поворотами движение. Это обеспечивается установкой между кипятильными трубами чугунных перегородок, которые делят их на первый и второй газоходы. Выход газов из камеры догорания и из котла, как правило, асимметричен.

Вода в трубы боковых экранов поступает одновременно из верхнего и нижнего барабанов.

В котлах ДКВр 20-13 применено двухступенчатое испарение. Первая ступень испарения включает конвективный пучок, фронтовой и задний экраны, а также боковые экраны заднего топочного блока. Боковые экраны переднего топочного блока включены во вторую ступень испарения. Сепарационными устройствами второй ступени испарения являются выносные циклоны центробежного типа. Циркуляционные контуры второй ступени испарения замыкаются через выносные циклоны и их опускные трубы; первой ступени испарения - через опускную часть конвективного пучка. Питание циркуляционного контура второй ступени испарения осуществляется из нижнего барабана в выносные циклоны.

Газоходы разделены между собой чугунной перегородкой по всей высоте газохода котла с окном (от фронта котла) справа. Передняя часть нижнего барабана крепится неподвижно, а остальные части котла имеют скользящие опоры, а также реперы, которые контролируют удлинения элементов при температурном расширении.

Топка сформирована экранными трубами, которые образуют соответственно: передний или фронтовой экран, левый боковой экран, правый боковой экран (аналогично левому), задний экран топки.

Барабаны котла, рассчитанные на давление 14 кгс/см², имеют одинаковый внутренний диаметр (1000 мм) при толщине стенок 13 мм. Для осмотра барабанов и расположенных в них устройств, а также для очистки труб шарошками на заднем и переднем днищах имеются лазы. В водяном пространстве верхнего барабана находится питательная труба для непрерывной продувки; в паровом объеме - сепарационные устройства также устанавливается воздушный кран и собственно паропровод, на котором установлен главный парозапорный вентиль. Следует также отметить, что в данной работе запроектирован кран для отвода пара на собственные нужды котельной. В верхнем барабане над топкой установлены две легкоплавкие вставки (смесь олова и свинца), которые плавятся при температуре около 300°С, что приводит к выпуску воды в топку, прекращению горения топлива и предохранению барабана от перегрева. На верхнем барабане установлена арматура: водоуказательные приборы, предохранительные клапаны, термометр, манометр. На всех котлах ДКВР над топкой и газоходом установлены взрывные и предохранительные клапаны. В нижнем барабане установлены перфорированная труба для периодической продувки, устройство для прогрева барабана при растопке и штуцер для спуска воды.

Движение топочных газов осуществляется следующим образом: Топливо и воздух подаются в горелки, а в топке образуется факел горения. Теплота от топочных газов в топке, за счет радиационного и конвективного теплообмена, передается всем экранным трубам (радиационным поверхностям нагрева), где эта теплота за счет теплопроводности металлической стенки и конвективного теплообмена от внутренней поверхности труб передается воде, циркулирующей по экранам. Затем топочные газы с температурой 900-1100 °С выходят из топки и через окно справа в кирпичной перегородке переходят в камеру догорания, огибают кирпичную перегородку с левой стороны и входят в первый газоход, где передают теплоту конвективному пучку труб. С температурой около 600 °С топочные дымовые газы, огибая чугунную перегородку с правой стороны, входят во второй газоход кипятильного пучка труб и с температурой около 200-250 °С, с левой стороны, выходят из котла и направляются в водяной экономайзер.

За котельным агрегатом устанавливается поверхность нагрева - экономайзер. Экономайзер является одной из составных частей котлоагрегата. Так как температура воды в котельном агрегате везде одинакова и растет с увеличением давления, то без установки водяного экономайзера глубокое охлаждение уходящих газов невозможно.