Министерство образования Украины

Криворожский технический университет

Кафедра теплоэнергетики

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЙ

по выполнению курсового проекта

"Расчет котельного агрегата"

для студентов специальности 7.090503

"Промышленная теплоэнергетика и

энергообеспечение"

Составили доцент Квятковская Ю.П. доцент Литовко Б.М.

2

Содержание

Стр.

1. Конструктивные характеристики котельного агрегата, параметры рабочих сред и характеристики топлива.

2. Количество воздуха, необходимого для горения топлива, состав и количество дымовых газов и их энтальпии

2.1.Теоретически необходимый объем воздуха для процесса

горения и теоретические объемы продуктов сгорания

2.2.Коэффициент избытка воздуха в газовом тракте

котлоагрегата

2.3.Выбор способа шлакоудаления

2.4.Выбор температуры уходящих газов

2.5.Действительный объем воздуха, необходимый для про­цесса горения и действительные объемы продуктов сгорания

2.6.Энтальпия воздуха и продуктов сгорания

3. Тепловой баланс котельного агрегата и расход топлива

4. Тепловой расчет топки

1. Определение размеров топочного пространства

2. Расчет теплообмена в топке

5. Тепловой расчет конвективных поверхностей нагрева 5.1. Общие положения расчета

5.2.Тепловой расчет пароперегревателя

5.3.Тепловой расчет газоходов котла

5.4.Тепловой расчет экономайзера

5.5.Тепловой расчет воздухоподогревателя

5.6.Проверка правильности теплового расчета котлоагрегата

6. Аэродинамический расчет котельных установок

1. Основные положения аэродинамического расчета

2. Сопротивление газового тракта

3. Сопротивление воздушного тракта

4. Расчет дымовой трубы

5. Выбор тяго-дутьевых машин 7.Гидравлический расчет котельных агрегатов

1. Расчет естественной циркуляции

2. Расчет выносных циклонов

3. Проверка надежности циркуляции

8.Методические по оформлению отчетности о выполнении курсового проекта"

Приложения

3

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Подготовка квалифицированных инженеров промтеплоэнергетиков невозможна без овладения ими методов расчета котельных агрегатов, которые в настоящее время являются основными генераторами тепло­вой энергии.

Курсовой проект преследует учебные цели и поэтому отличается от реального проекта глубиной разработки и составом документов. Он выполняется студентом по мере изучения теоретического курса.

Цель выполнения курсового проекта - овладеть методами расчета и проектирования котельных установок, а также приобрести навыки выбора основного и вспомогательного оборудования. В процессе реше­ния конкретной инженерной задачи студент учится пользоваться спе­циальной технической литературой, справочниками и каталогами. Вы­полнение курсового проекта также способствует приобретению навыков оформления технической документации.

Курсовой проект выполняется студентом самостоятельно в соот­ветствии с данными методическими указаниями, которые составлены на основе Нормативных методов теплового, аэродинамического и гид­равлического расчета котельных агрегатов, разработанных коллективом авторов ведущих научно-исследовательских институтов - Всесоюзного теплотехнического института (ВТИ) и Центрального котлотурбинного института (ЦКТИ).

ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Задание на курсовой проект выбирается по таблице I в соот­ветствии с шифром, который определяется двумя последними цифрами номера зачетной книжки.

УКАЗАНИЙ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

В курсовом проекте "Расчет котельного агрегата" выполняются тепловой и гидравлический расчеты котельного агрегата и аэродинами­ческий, расчет котельной установки, причем тепловой и гидравличес­кий расчеты котлоагрегата выполняются поверочными, а аэродинамичес­кий расчет котельной установки - по упрощенной схеме.

Основной частью курсового проекта является тепловой расчет котлоагрегата, дающий исходные данные для гидравлического и аэро­динамического расчетов.

4

Исходные данные для расчета котельных установок

5

При конструировании котельных агрегатов в проектных органи­зациях в основу принимаются компоновочные схемы котлов ДКВР. Поэтому поверочный тепловой расчет котлоагрегата целесообразно выполнять для котлов типа ДКВР. При поверочном расчете компоновка сводится к выбору типа топки и сочетанию ее с топочной камерой котла, а также выбору вида низкотемпературной поверхности нагрева и сочетанию ее с выходным газоходом котла.

Поверочный расчет котлоагрегата или отдельных его элементов выполняется для существующей конструкции с целью определения пока­зателей ее работы при переходе на другое топливо, при изменении нагрузки или параметров пара, а также после проведения реконструк­ции поверхностей нагрева. При поверочном расчете, при наличии го­тового котлоагрегата проверяются соответствие величин всех поверх­ностей нагрева его заданным параметрам работы. Элементы котельного агрегата рассчитываются последовательно, начиная с топки, с после­дующим переходом к конвективным поверхностям нагрева.

При выполнении расчета котельного агрегата его паропроизводи-тельность, параметры пара и питательной воды являются заданными. Поэтому, цель расчета состоит в выборе рациональной компоновки и определении температур и тепловосприятий рабочего тепла и газовой среды в поверхностях нагрева заданного котла.

Порядок выполнения поверочного теплового расчета котлоагрегата:

• привести конструктивные характеристики котлоагрегата, поверэчный расчет которого выполняется; описать общее устройство, прин­цип действия и применение котлов типа ДКВР, отразить их достоинство и недостатки;

• найти основные параметры рабочих сред (питательной воды, на­сыщенного и перегретого пара) и дать полную характеристику используемого в расчете топлива;

• выбрать тип топочного устройства, коэффициент избытка в топке и присосы воздуха по газоходам котла;

• определить теоретически необходимый и действительный объемы воздуха для процесса сгорания, теоретические и действительные объемы продуктов сгорания, а также энтальпии воздуха и продуктов сгорания;

• задаться температурой уходящих газов, выбрать способ шлакоудаления при сжигании твердого топлива;

• представить общую схему котлоагрегата и на ней нанести значе­ние параметров рабочих сред, коэффициенты избытка воздуха и присосы воздуха;

• построить I - V диаграмму для различных коэффициентов избытка воздуха, по ней определить теоретическую температуру горения.

Для выбранного топочного устройства найти тепловые потери, а

6

также потери с уходящими газами и в окружающую среду через об­муровку котла. Составить тепловой баланс котлоагрегата, подсчитать его к.п.д., расход топлива и его испарительную способность.

Выполнить тепловой расчет топки, принимая ее размеры по ти­повому котлу, а также тепловые расчеты конвективных поверхностей нагрева. Расчеты конвективных поверхностей нагрева выполняются методом последовательных приближений.

При расчете и компоновке хвостовых поверхностей нагрева иногда отпадает необходимость в одной из них. Если в экономайзере вода подогревается всего лишь на 10-15°С возникает вопрос о его целесообразности в данном котлоагрегате. Или, если температура уходящих газов после воздухоподогревателя получается ниже допусти­мой по условиям антикоррозийности хвостовых поверхностей, отпадает необходимость в воздухоподогревателе.

Тепловой расчет котла должен заканчиваться составлением его теплового баланса и определением его невязки.

Необходимая тепловая мощность котлоагрегата определяется его паропроизводительностью при обеспечении установленных темпе­ратуры и рабочего давления перегретого пара. При этом, в топке котла сжигается расчетное количество топлива.

Номинальной паропроизводительностью называется наибольшая производительность по пару, которую котел должен обеспечивать в длительной эксплуатации при номинальных параметрах пара и пита­тельной воды.

Номинальное давление - наибольшее давление пара, которое должно обеспечиваться непосредственно за пароперегревателем котла.

Номинальная температура пара - это та, которая должна обес­печиваться, непосредственно за пароперегревателем с допускаемыми по ГОСТ отклонениями при поддержании номинальных давлений пара, температуры питательной воды и паропроизводительности.

Номинальная температура питательной воды - температура воды перед входом в экономайзер, принятая при проектировании котла для обеспечивания номинальной паропроизводительности. При изменении нагрузки котла номинальные температуры пара и давление должны сохраняться, а остальные параметры будут изменять­ся.

При поверочном тепловом расчете топочной камеры известны ее объем, лучевоспринимающая поверхность, степень экранирования. Рас­четом определяется температура газов на выходе из топки.

После завершения расчета топки, рассчитываются конвективные поверхности в последовательности, соответствующей движению газов от топки до экономайзера. Для этого оценивают неизвестную конеч­ную энтальпию одной из сред и с помощью соответствующих уравнений

7

теплового баланса определяют по известной и принятой энтальпиям тепловосприятие поверхности , а также энтальпию второй среды; далее находят температуры сред. По температурам сред и ско­ростям рассчитывается коэффициент теплопередачи, температурный на-.пор, а по уравнению теплообмена – тепловосприятие . Расчет повторяется до получения близких значений обоих тепловосприятий и .

При поверочном расчете поверхности нагрева приходится зада­ваться изменением температуры одной из теплообменивающихся сред (разностью температур на входе и выходе). Этим определяется тепло­восприятие поверхности в первом приближении. Далее можно вычислить температуры другой среды на концах поверхности нагрева, темпера­турный напор, скорости газового потока и рабочей среды, и все дру­гие величины, необходимые для вычисления тепловосприятия во втором приближении.

Расчет конвективных поверхностей нагрева сопровождается построением графиков, иллюстрирующих направления взаимного движе­ния и изменения температур греющих газов и рабочей среды в преде­лах каждой поверхности нагрева. Эскизная компоновка поверхностей нагрева должна иметь основные размеры газоходов (ширину, высоту, глубину) и габаритные размеры поверхностей.

Так как, выполнение последовательных приближений сильно ус­ложняет расчет, ниже даются некоторые рекомендации о порядке и последовательности расчета отдельных конвективных поверхностей на­грева и всего агрегата в целом.

Расчет котельного агрегата должен обеспечивать необходимую точность определения основных параметров, в первую очередь темпе­ратур перегретого пара и уходящих газов.

Если при поверочном расчете конвективных поверхностей полу­ченные из уравнения теплообмена значения тепловосприятия отличаются от определенного по уравнению баланса отличают­ся не более, чем на 2%, расчет поверхности больше не уточняется. Окончательными считаются температура и тепловосприятие, вошедшие в

уравнение баланса.

При большем расхождении Qr и да принимают новое значение конечной температуры и повторяют расчет.

Если при первом приближении величина Qr оказалась боль­ше Qs » то значение конечной температуры для второго приближе­ния принимается таким, чтобы разница дымовых газов на входе и на выходе была больше, чем при первом приближении и наоборот.

Для второго приближения целесообразно выбирать значение тем­пературы, отличающееся от принятого при первом приближении не ­

8

более, чем на - 50°С. В этом случае коэффициент теплопередачи не пе­ресчитывав тся , но пересчитывается температурный напор и тепловос-приятие излучением Qsi и заново решаются уравнения баланса и теплообмена.

Расчет тепловосприятия экономайзера производится также путем последовательных приближений. В этом случае известны температура газов на входе в экономайзер, определенная из расчета предыдущей поверхности нагрева, и температура воды на входе в экономайзер. Рассчитываются температуры газов и воды за экономайзером.

При расчете воздухоподогревателя известны температура газов на входе (из расчета экономайзера) и температура воздуха, подовае-мого в агрегат. Путем последовательных приближений определяются температуры уходящих газов и горячего воздуха.

Если полученная температура уходящих газов отличается от при­нятой в начале расчета не более чем на - 10 С, а температура го­рячего воздуха - не более чем на - 40°С, расчет теплообмена в котло-агрегате считается законченным и найденные температуры окончатель­ными.

Уточняются с учетом полученного значения температуры уходящих газов потери тепла с уходящими газами, к.п.д. котлоагрегата и рас­ход топлива, по расчетному значению температуры горячего воздуха и полученной ранее температуре газов на выходе из топки - тепловос-приятие лучевоспринимающих поверхностей, отнесенное к 1 кг (1м³) топлива.

Затем определяется расчетная невязка теплового баланса агрегата:

где , , , - количества тепла, воспри­нятые лучевоспринимающими поверхностями топки, котельными пучка­ми, первичным перегревателем и экономайзером; в формулу подстав­ляются значения, определенные из уравнения баланса.

При правильном выполнении расчета, величина невязки не должна превышать 0,5 %

Если температура уходящих газов отличается от принятой в на­чале расчета более чем на - 10°С или расхождение между принятым и расчетным значениями температуры горячего воздуха больше -40 С, расчет необходимо повторить. Для этого задаются новыми значениями температур уходящих газов и горячего воздуха, равными найденным из первого расчета, или близкими к ним, в зависимости от полученного при первом расчете расхождения этих величин.

9

Если расхождение значений температуры уходящих газов, принятые при первом и втором приближениях, приводят к изменению расчетного расхода топлива не более чем на 2%, коэффициенты теплопередачи кон­-

вективных поверхностей нагрева при втором приближении не пересчитываются: уточняются только температура и температурные напоры и тепловосприятие по всему тракту.

I. КОНСТРУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА, ПАРАМЕТРЫ-РАБОЧИХ СРЕД И ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПЛИВА.

В этом разделе необходимо дать общее описание конструкций, работы и применения котлов ДКВР, используя приведенную литературу ( 7,8 и др. )

Затем, пользуясь приложением I, привести конструктивные ха­рактеристики котельного агрегата указанного в задании. Конструк­тивные характеристики представить в виде таблицы (см. табл. при­ложения I)

Для расчета котлоагрегата следует определить параметры рабо­чих сред (питательной воды, насыщенного пара, перегретого пара) и информацию дать в виде таблицы (см.табл.11)

Пользуясь приложением 2 привести информацию о топливе, задан­ном в условии для выполнения курсового проекта и представить ха­рактеристику топлива в виде таблицы, указав его месторождение, мар­ку (сорт), а для твердого топлива - выход летучих, характеристику кокса и золы.

Параметры питательной воды и насыщенного пара определяются

По таблицам насыщения водяного пара, а параметры перегретого пара по і – S диаграмме водяного пара с учетом того, что насыщенный пар превращается в перегретый при достижения температуры .

10

Таблица 1.1

Параметры рабочих сред

11