- •Кафедра эксплуатации судовых энергетических установок
- •Судовые паровые котлы
- •Введение
- •Предисловие
- •Глава 1. Назначение, принцип действия и устройство судовых паровых котлов
- •1.1. Назначение, принцип действия и место парового котла в составе судовой энергетической установки
- •1.2. Классификация и основные характеристики паровых котлов
- •1.3. Общее устройство котлов
- •Глава 2. Топливо и продукты сгорания
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Состав и рабочая масса топлива
- •2.3. Теплота сгорания топлива
- •2.4. Характеристики жидкого топлива
- •2.5. Прием, хранение и сжигание топлива
- •2.6. Общие сведения о горении топлива
- •2.7. Теоретически необходимое количество воздуха для горения топлива
- •2.8. Расчет объемов продуктов сгорания топлива
- •2.9. Энтальпия продуктов сгорания
- •2.10. Организация топочного процесса
- •2.11. Принцип действия и конструкции форсунок и воздухонаправляющих устройств
- •2.12. Дистанционное управление топочным устройством
- •Глава 3. Эффективность использования теплоты топлива и основы теплового расчета парового котла
- •3.1. Тепловой баланс парового котла
- •3.2. Полезно используемая теплота и к. П. Д. Парового котла
- •3.3. Тепловые потери
- •3.4. Теплообмен в паровом котле
- •3.5. Пример теплового расчета вспомогательного парового котла
- •Последовательность выполнения теплового расчета вспомогательного котла
- •Средние изобарные объемные теплоемкости воздуха и газов
- •К определению энтальпии продуктов сгорания
- •Глава 4. Основы аэро- и гидродинамики паровых котлов
- •4.1. Аэродинамика потока в газовоздушном тракте
- •4.2. Определение аэродинамических сопротивлений при движении воздуха и газов
- •4.3. Определение мощности котельного вентилятора
- •4.4. Естественная циркуляция
- •4.5. Основы и методика расчета циркуляции
- •4.6. Показатели надежности циркуляции
- •Глава 5. Водный режим паровых котлов
- •5.1. Водоподготовка
- •Показатели качества воды для судовых паровых котлов
- •5.2. Методы предотвращения накипеобразования и коррозии
- •Глава 6. Материалы и основы расчета прочности паровых котлов
- •6.1. Выбор материала котлов
- •6.2. Расчет прочности основных элементов парового котла
- •Глава 7. Конструкция основных элементов паровых котлов
- •7.1. Корпус парового котла
- •7.2. Пароперегреватели, экономайзеры, пароохладители, воздухоподогреватели, сажеобдувочные устройства
- •7.3. Каркас, обшивка, опоры парового котла
- •7.4. Арматура и контрольно-измерительные приборы
- •Глава 8. Теплотехнические испытания и обслуживание паровых котлов
- •8.1. Цель и виды теплотехнических испытаний
- •8.2. Обслуживание паровых котлов
- •8.3. Основные неисправности и средства защиты паровых котлов
- •8.4. Техника безопасности при обслуживании паровых котлов
- •Библиографический список
- •Предметный указатель
- •Оглавление
- •Судовые паровые котлы
Последовательность выполнения теплового расчета вспомогательного котла
Показатель |
Расчетная формула или источник |
Числовое значение |
Исходные данные
| ||
1. Паропроизводительность , кг/с |
Задано |
0,4–1,2 |
2. Давление в пароводяном коллекторе , МПа |
То же |
0,5–1,5 |
3. Паросодержание влажного пара при выходе из пароводяного коллектора |
» |
0,99–0,96 |
4. Температура питательной воды ,°С |
» |
40–60 |
5. Коэффициент полезного действия , % |
» |
82–76 |
6. Температура холодного воздуха, поступающего в топку котла ,°С |
» |
30–40 |
7. Потери теплоты, %: |
|
|
от химического недожога |
» |
0,5–1,0 |
от механического недожога |
» |
0 |
в окружающую среду |
» |
2–3 |
8. Топливо |
Флотский мазут |
|
9. Состав рабочей массы топлива, %: |
|
|
углерод |
Задано |
84,42 |
водород |
То же |
11,47 |
сера (горючая) |
» |
0,80 |
Продолжение табл. 3.1
Показатель |
Расчетная формула или источник |
Числовое значение |
азот |
» |
0,21 |
кислород |
» |
0,70 |
зола |
» |
0,1–2,0 |
влага |
» |
2,3–0,4 |
10. Температура топлива ,°С |
» |
80–100 |
11. Коэффициент избытка воздуха |
» |
1,1–1,3 |
12. Удельная мощность топки , МВт/м3 |
» |
1,5–2,5 |
Определение объемов воздуха и продуктов сгорания топлива
| ||
13. Теоретическое количество воздуха , м3/кг |
0,0889 (+ 0,375) + + 0,265– 0,0333 |
|
14. Теоретический объем азота , м3/кг |
0,79+ 0,008 |
|
15. Объем трехатомных газов , м3/кг |
0,01866 (+ 0,375) |
|
16. Теоретический объем водяных паров (, м3/кг |
0,111+ 0,0124+ 0,016 |
|
17. Объем водяных паров , м3/кг |
| |
18. Полный объем продуктов сгорания , м3кг |
| |
19. Объемные доли трехатомных газов: |
|
|
|
Продолжение табл. 3.1
Показатель |
Расчетная формула или источник |
Числовое значение |
| ||
20. Суммарная объемная доля трехатомных газов |
| |
Определение энтальпии продуктов сгорания
| ||
21. Средняя температура газа ,°С |
Принимается через каждые 200° |
0–2000 |
22. Средние изобарные объемные теплоемкости воздуха и продуктов сгорания, МДж/(м3∙К): |
|
|
азота |
ƒ() по табл. 3.2 |
|
углекислого газа |
То же |
|
влажного воздуха |
» |
|
водяного пара |
» |
|
23. Энтальпия воздуха , МДж/кг |
| |
24. Энтальпия продуктов сгорания , МДж/кг, при |
| |
25. Энтальпия продуктов сгорания , МДж/кг, при |
| |
Определение расхода топлива и величин, необходимых для расчета топки
| ||
26. Энтальпия топлива , МДж/(кг∙К) |
|
Продолжение табл. 3.1
Показатель |
Расчетная формула или источник |
Числовое значение |
27. Низшая теплота сгорания топлива , МДж/(кг∙К) |
| |
28. Располагаемая теплота топлива , МДж/кг |
| |
29. Энтальпия питательной воды , МДж/кг |
| |
30. Энтальпия кипящей воды , МДж/кг, при |
ƒ() по рис. 3.15 |
|
31. Теплота парообразования , МДж/кг, при |
То же |
|
32. Энтальпия влажного пара на выходе из пароводяного коллектора , МДж/кг |
| |
33. Расход топлива В, кг/с |
| |
34. Объем топки , м3 |
| |
35. Число форсунок (однофронтовое отопление) N, шт. |
Принимается |
1–2 |
36. Расчетная производительность одной форсунки , кг/с |
B/N |
|
37. Давление продуктов сгорания в топке , МПа |
Принимается |
0,1 |
Продолжение табл. 3.1
Показатель |
Расчетная формула или источник |
Числовое значение |
38. Скорость воздуха фурмы , м/с |
То же |
25–50 |
39. Расход воздуха через отверстие фурмы , м3/с |
| |
40. Живое сечение отверстия фурмы ƒ′, м2 |
/ |
|
41. Диаметр отверстия фурмы , м |
| |
42. Принятый диаметр фурмы , м |
Округляется |
|
43. Действительная скорость воздуха в отверстия фурмы , м/с |
| |
44. Наименьшие расстояния: |
|
|
от оси форсунки до экрана , м |
| |
от оси форсунки до первого ряда пучка труб |
| |
45. Длина топки (предварительно) , м |
т |
|
46. Площадь фронта топки (предварительно) , м2 |
| |
47. Внутренние диаметры: |
|
|
пароводяного коллектора , м |
принимается |
0,5–0,8 |
водяного коллектора , м |
То же |
0,4–0,5 |
Продолжение табл. 3.1
Показатель |
Расчетная формула или источник |
Числовое значение |
49. Длина лучевоспринимающих труб: |
Рис. 3.14 |
|
со стороны экрана , м |
|
|
со стороны парообразующего пучка , м |
|
|
50. Площадь фронта топки , м2 |
То же |
|
51. Длина топки , м |
| |
52. Площадь лучевоспринимающей поверхности нагрева топки , м2 |
| |
53. Площадь поверхности стен топки , м2 |
| |
54. Степень экранирования |
| |
Расчет теплообмена в топке
| ||
55. Объемная теплоемкость воздуха, поступающего в топку ,МДж/(м3∙К) |
ƒ() по табл. 3.2 |
|
56. Энтальпия влажного воздуха, поступающего в топку , МДж/кг |
| |
57. Теоретическая (адиабатная) энтальпия продуктов сгорания , МДж/кг |
| |
58. Теоретическая (адиабатная) температура продуктов сгорания , °С |
ƒпо диаграмме |
|
Продолжение табл. 3.1
Показатель |
Расчетная формула или источник |
Числовое значение |
59. Температура газов на выходе из топки , °С |
| |
60. Энтальпия газов на выходе из топки , МДж/кг |
по диаграмме |
|
61. средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива , МДж/(кг∙°С) |
| |
62. Коэффициент сохранения теплоты |
| |
63. Критерий Больцмана Во′ |
| |
64. Безразмерная температура газов на выходе из топки |
| |
65. Температура газов на выходе из топки , °С |
| |
66. Энтальпия газов на выходе из топки , МДж/кг |
по диаграмме |
|
67. Тепловая мощность, воспринятая излучением в топке , МВт |
| |
68. Коэффициент прямой отдачи |
| |
Тепловой расчет конвективного парообразующего пучка
| ||
69. Строение трубного пучка |
Принимается |
|
70. Наружный диаметр труб ,м |
То же |
25; 29 |
Продолжение табл. 3.1
Показатель |
Расчетная формула или источник |
Числовое значение |
71. Шаги труб в пучке, м: |
|
|
поперечный |
» |
40–55 |
продольный |
» |
40–55 |
72. Коэффициент свободного прохода |
( |
|
73. Число труб в одном ряду |
( |
|
74. Число рядов труб |
Принимается |
|
75. Средняя расчетная длина труб пучка I, м |
Рис. 3.14 |
|
76. Проекция средней расчетной длины труб пучка , м |
То же |
|
77. Живое сечение для прохода газов в пучке , м2 |
| |
78. Расчетная поверхность нагрева одного ряда , м2 |
| |
79. Конвективный тепловой поток, передаваемый в парообразующем пучке , МВт |
| |
80. Энтальпия газов за пучком , МДж/кг |
| |
81. Температура газов за пучком ,°С |
по диаграмме |
|
82. Средняя температура газов ,°С |
| |
83. Объемный расход газов , м2/с |
|
Продолжение табл. 3.1
Показатель |
Расчетная формула или источник |
Числовое значение |
84. Средняя скорость газов , м/с |
| |
85. Коэффициент теплопроводности газов , Вт/(м∙К) |
по рис. 3.9 |
|
86. Кинематический коэффициент вязкости газов , м2/с |
То же |
|
87. Число Прандля газов |
|
|
88. Коэффициент загрязнения , м2∙К/Вт |
Принимается |
0,006–0,069 |
89. Коэффициент теплоотдачи конвекцией , Вт/(м2∙°С) |
Формула (3.47) и (3.50) |
|
90. Коэффициент неравномерности омывания пучка |
Принимается |
0,8–0,9 |
91. Коэффициент теплоотдачи излучением газа в межтрубном пространстве , Вт/(м2∙°С) |
Парообразующие пучки Пароперегреватели |
8–10 5–10 |
92. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке , Вт/(м2∙°С) |
| |
93. Коэффициент теплопередачи , Вт/(м2∙°С) |
| |
94. Средний температурный напор ,°С |
| |
95. Конвективная поверхность нагрева парообразующего пучка , м2 |
|
Продолжение табл. 3.1
Показатель |
Расчетная формула или источник |
Числовое значение |
96. Принятое число рядов труб |
Округляем до целого числа |
|
коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи . Затем находят среднелогарифмический температурный напор и конвективный тепловой поток . После этого определяют расчетную конвективную поверхность нагрева пучка и количество рядов труб в пучке . Если полученное значение отличается от принятого при проектировании пучка, то расчет можно не повторять (хотя в действительности обычно изменяют шаг , и расчет повторяют).
Последовательность выполнения теплового расчета приведена в табл. 3.1. Подробные рекомендации и пояснения к выполнению теплового расчета приведены в методических указаниях, сопровождающих таблицу расчетов.
Методические указания к тепловому расчету
вспомогательного котла
п. 21–25. Значения теплоемкости, соответствующие этим температурам, выбираем из табл. 3.2, результаты вычислений помещаем в табл. 3.3, которую используем для построения диаграммы . Масштаб диаграммы: 100°С – 20 мм, 1 МДж/кг – 10 мм. Для уменьшения размера диаграммы ее разбивают на две части: от 0 до 1000°С и от 1000 до 2200°С. Диаграмму выполняют на миллиметровой бумаге. Обе кривыестроят на одном листе.
п. 42. Диаметр отверстия фурмы следует округлить до ближайшего значения, кратного 20 мм, который и принимается окончательно как .
п. 44. Размеры и выбирают такими, чтобы исключить попадание топлива на поверхности нагрева экрана и первого ряда труб парообразующего пучка (см. рис. 3.14).
Таблица 3.2