Методические указания подготовлены кандидатами технических наук Абрамовым Владиленом Ивановичем и Соломатиным Сергеем Яковлевичем – доцентами кафедры СЭУ и ТЭ Одесского национального морского университета.

Методические указания одобрены кафедрой СЭУ и ТЭ ОНМУ 28.05.01. (протокол № 13).

Рецензент - канд. техн. наук Б.И. Стрикица.

ТП – 2004 г., поз. 16.3.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ……………………………………………….	4
Последовательность и цель этапов теп-лового и аэродинамического расчетов…….	6
Таблица 1.Расчет количества воздуха и объема, газов полученных при cгорании 1 кг топлива …………………….	9
Таблица 2.Определение энтальпии продуктов сгорания…….	11
Таблица 3. Термодинамические величины воды и пара….	12
Таблица 4. Предварительный тепловой баланс и опреде-ление расхода топлива………………………………………….	14
Таблица 5. Расчет топки………………………………………..	17
Таблица 6. Расчет теплообмена в первом пучке испарительных трубок………………………………………….	20
Таблица 7. Расчет теплообмена в пароперегревателе……….	24
Таблица 8. Расчет теплообмена во втором пучке испарительных трубок………………………………………….	29
Таблица 9. Расчет теплообмена в водяном экономайзере……	33
Таблица 10. Расчет теплообмена в 2-х проточном газовом воздухоподогревателе с вертикальным расположением трубок…………………………………………………………….	36
Таблица 11.Расчет теплообмена в пароохладителе…………	40
Таблица 12. Баланс котла по пару и КПД……………………..	42
Таблица 13. Расчет сопротивления воздушного тракта………	43
Таблица 14. Расчет сопротивления поперечно омываемых труб ………………………………………………………………	45
Таблица 15. Расчет сопротивления воздухоподогревателя(течение газового потока в трубках)…………………………...	46
Таблица 16. Мощность, потребляемая вентилятором………..	47
МЕТОДИЧЕСКИЕ Указания к выполнению теплового расчета ……………………………………	48
приложения ……………………………………………….	63
Литература ………………………………………………..	75

Предисловие

Данные методические указания по тепловому и аэродинамическому расчетам являются дополнением к «Программе, методическим указаниям и контрольным заданиям для студентов-заочников».

Приведенные в табличной форме расчеты составлены применительно к компоновке судовых паровых котлов с односторонним ходом газов.

При выполнении курсового проекта тип парового котла задается. Студент выполняет конструктивный расчет, т.е. определяется необходимая поверхность нагрева, обеспечи-вающая получение заданной паропроизводительности и параметров пара при исходных данных. Прежде чем приступить к конструктивному расчету котла, студент должен детально изучить конструкцию котла-прототипа. Затем самостоятельно или с помощью преподавателя-консультанта наметить конкретные конструктивные изменения котла-прототипа. Могут быть изменены размеры и конфигурация топки, число рядов и диаметры труб конвективных пучков, изменены хвостовые поверхности (например, установлен газовый трубчатый воздухоподогреватель вместо парового воздухоподогревателя) и другие изменения.

При значительных изменениях конструкции котла необходимо вычертить эскиз котла в масштабе, который будет использован для определения длины труб, площади топочного фронта, размеров газохода и других размеров.

При незначительных отклонениях исходных данных к расчету котла по отношению к параметрам котла-прототипа (паропроизводительность, температура перегретого пара) размеры топки и газохода котла можно оставить такими же, как у котла-прототипа. В этом случае эскиз котла можно не вычерчивать.

Пояснительная записка и графический лист проекта оформляются в соответствии с требованиями ЕСКД и комплектуются для представления к защите.

Материалы проекта должны быть расположены в следующем порядке:

• Титульный лист пояснительной записки.

• Бланк задания на выполнение курсового проекта.

• Описание конструкции проектируемого котла.

• Тепловой расчет котла.

• Аэродинамический расчет котла.

• Выбор материалов элементов котла.

• Библиографический список.

• Чертеж поперечного сечения котла.

Расчеты могут выполняться вручную либо с помощью компьютерной программы, имеющейся на кафедре. В случае расчета на ПК в задании на курсовой проект предусматриваются вариантные расчеты.

Последовательность и цель этапов теплового и аэродинамического расчетов

Прежде всего, по принятым марке топлива и коэффициенте избытка воздуха определяется количество продуктов сгорания при сжигании 1 кг топлива

Таблица 1. В этой же таблице определяется парциальное давление водяных паров, необходимое для определения сернокислотной точки росы.

Обратите внимание, как от значения зависит объем продуктов сгорания.

Таблица 2. По результатам расчетов в этой таблице строится диаграмма , т.е. зависимость энтальпии газов от температуры. Данная диаграмма используется при последующих расчетах.

Обратите внимание, как зависит энтальпия газов от коэффициента избытка воздуха.

Таблица 3. Для расчетов теплообмена в элементах котла используются термодинамические величины воды и пара, которые определяются по таблицам водяного пара при заданных параметрах пара и воды. Давление перегретого пара на данном этапе теплового расчета оценивается с учетом гидравлических потерь в пароперегревателе .

Для определения энтальпии насыщенного пара принимается степень влажности () от 0,2 до 0,5 %, которая обеспечивается при установке сепарационных дырчатых щитов в пароводяном коллекторе.

Таблица 4. В данной таблице по принятым значениям КПД котла и тепловых потерь определяется расход топлива, обеспечивающий заданную паропроизводительность котла.

Обратите внимание, что, задавшись температурой горячего воздуха , Вы тем самым предусмотрели установку газового воздухоподогревателя.

Если в проектируемом котле будет отсутствовать газовый подогрев воздуха, то температура газов за последним элементом пароводяного тракта будет равна температуре уходящих газов .

Таблица 5. Прежде чем выполнять расчет теплообмена в топке необходимо четко представлять конструкцию лучевоспринимающих поверхностей нагрева.

Цель расчета топки – определение температуры газов на выходе из топки и количество теплоты, переданной от факела к лучевоспринимающим поверхностям.

Обратите внимание, что при увеличении степени экранирования температура газов уменьшается, количество переданной теплоты в топке увеличивается.

Таблица 6. После определения температуры на выходе из топки появляется возможность рассчитывать теплообмен в конвективном пучке испарительных труб. В ряде конструкций конвективный пучок единственный, а в котлах типа КВГ-25, КВГ-34 – два конвективных пучка.

Прежде чем рассчитывать теплообмен в конвективном испарительном пучке задаются его конструктивными параметрами (диаметр и шаг труб), числом рядов труб, т.е. поверхностью нагрева . После этого в результате расчета теплообмена в пучке определяют температуру газов за пучком(индекс 1 – температура за первым пучком) и количество теплоты, переданной от газов к трубам пучка.

Обратите внимание, что изменяя относительный поперечный шаг трубок _, можно увеличивать (уменьшать) скорость газов, а, следовательно, и коэффициент теплоотдачи конвекцией. Это в свою очередь приведет к изменению конвективного теплообмена в пучке, а значит к увеличению (уменьшению) температуры газов за пучком . Целесообразно исследовать эти зависимости путем вариантных расчетов.

Следует также учесть, что при увеличении скорости газов в пучке , теплообмен увеличивается в степени 0,6; а аэродинамическое сопротивление пучка в степени 2. Таким образом, незначительное повышение приведет к существенному повышению мощности котельного вентилятора.

Таблица 7. Прежде всего, следует определиться с конструкцией пароперегревателя – петлевой, змеевиковый, 2-х барабанной. При этом следует четко представлять схему взаимного движения теплоносителей (пар, продукты сгорания) – прямоток, противоток. Расчет заканчивается определением поверхности нагрева пароперегревателя, а также числа рядов труб по ходу продуктов сгорания.

Таблица 8. После пароперегревателя выполняется расчет 2-ого пучка испарительных труб (котлы типа КВГ), а если второй пучок отсутствует, то производится расчет экономайзера (Таблица 9).

В ряде конструкций котлов экономайзер отсутствует. В этом случае, температура газов за пароперегревателем должна быть равна температуре газов за последним элементом пароводяного тракта

Таблица 9. Целью расчета экономайзера является определение поверхности нагрева и, в частности, числа рядов труб по ходу продуктов сгорания. Прежде чем начинать расчет необходимо изучить конструкцию экономайзера и схему движения теплоносителей.

Таблица 10. Цель расчета – определение поверхности воздухоподогревателя и, в частности, высоты трубок. Важно четко представлять конструкцию воздухоподогревателя, схему движения воздуха и продуктов сгорания.

Таблицы 13-16. Целью аэродинамического расчета является определение сопротивления газовоздушного тракта и на этой основе – мощности на валу котельного вентилятора.

Тепловой расчет Таблица 1 Расчет количества воздуха и объема, газов полученных при cгорании 1 кг топлива
№ пп	Определяемая величина	Обозна- чение	Размер-ность		Формула или источник	Численное значение
1	2	3	4		5	6
1.	Элементарный состав топлива	--	%		см. Приложение 12
					=
					=
					=
					=
					=
					=
2.	Коэффициент избытка воздуха		-		см. Указания п.1
3.	Теоретически необходимое количество сухого воздуха		нм3/кг
4.	Теоретический объем азота		нм3/кг
5.	Объем трехатомных газов CO2 и SO2		нм3/кг
6.	Теоретический объем водяного пара при =1		нм3/кг
Продолжение таблицы 1
1	2	3	4		5	6
7.	Избыточный объем воздуха		нм3/кг
8.	Объем водяного пара при коэффи-циенте избытка воздуха		нм3/кг
9.	Полный объем продуктов сгорания		нм3/кг
10.	Объемная доля трехатомных газов CO2 и SO2
11.	Объемная доля водяных паров
12.	Объемная (полная) доля трехатомных газов (суммарная)
13.	Давление продук-тов сгорания		МПа	см. Указания п.2

Таблица 2