Методика теплового расчета вертикального водотрубного парового котла

            МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА И СВВЯЗИ РФ


            МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА



Акладная Г.С.
Романов Р.Н.





                «Методика теплового расчета вертикального водотрубного парового котла»





Учебное пособие по дисциплине: «Судовые котельные установки» для студентов III уровня обучения специальностей 180103,180403.



Издательство «Альтаир»
Москва - 2005

                                                                                                      Содержание

УДК 621.187.00252


АвюрьЕ Г.С. АклацНоя, гл. гимайив. «МеЮдйка ГОнлС) Ю io раСмсга вертикального водотрубного парового котла». Учебное пособие по дисциплине:« Судовые котел ьныеу стано вки».
М.:Издательство «Альтаир» МГАВТ, 2005-62 с.,ил. 17.

    Учебное пособие «Методика теплою го расчета вертикального водотрубного парового котла». Пособие к выполнению теплового расчета вертикального водотрубного парового котла имеет целью оказание методической помощи студентам, изучающим дисциплину «Садовые котельные установки», при выполнении ими курсовой работы — теплового расчета вертикального водотрубного парового котла, предусмотренной учебным планом.
    Основные задачи учебного пособия: применение и закрепление теоретических знаний, полученных студентами при изучении дисциплины «Судовые котельные установки», освоение методики теплового расчета вертикального водотрубного парового котла, приобретение первичных навыков проектирования котельных установок.

    Рецензент: доктор технических наук, профессор Толшин Валерий Инно кентьевич.

    Издается по решению Учебно - методического совета МГАВТ.


    Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать материалов несут авторы и кафедры академии, выпускающие учсбпомете дич ески е матер и ал ы.

1.  Принцип действия и состав судового парового котла.................................                  2
2.   Анализ рабочего процесса парового котла................................................            2
3.   Основы проектирования вспомогательных паровых котлов.............................................. 5
   3.1.   Общие положения.............................................................................. 5
    3.2.  Расчеты по горению, составлению предварительного теплового баланса............................................................................................. 5

   3.3.  Энтальпия дымовых газов. Диаграмма Jz - О............................................
   ? Л            I ft ТГЛ                П/'П/Ч/О/'Г КИЛИ7Л1/ 1Л/ЛУ1П


        нагрева водотрубных паровых котлов с естественной циркуляцией.......................................................................................... 10
   3.5.  Определение коэффициента теплопередачи К........................................................... 16
   3.6.   Определение температурного напора At................................................               25
   3.7.   Компоновка и методика теплового расчета пароперегревателя......................................... 28
   3.8.   Компоновка и методика теплового расчета экономайзера.............................................. 30
   3.9.   Компоновка и методика теплового расчета воздухоподогревателя.......................... 33
   3.10.   Водотрубные вертикальные паровые котлы с естественной циркуляцией.......................................................................................... 36
   3.11.   Тепловой расчет вертикального парового котла с естественной циркуляцией.......................................................................................... 39
Примечания.................................................................................................. 58
Список использованной литературы............................................................................ 59

                                   ©МГАВТ, 2005
                                   © Акладная Г.С., Романов Р.Н. 2005

з

            1. Принцип действия и состав судового парового котла.

2. Анализ рабочего процесса парового котла.

     Основным составным элементом любой котельной установки является котел, тип и конструктивные особенности которого определяют состав и характеристики вспомогательного оборудования и обслуживающих его систем.
     Принцип действия парового котла определяется сущностью его рабочего процесса, который состоит в том, чтобы путем подвода определенных количеств теплоты и воды генерировать заданное количество пара требуемого качества.
     Существует два источника получения теплоты в котле: непосредственное сжигание органического топлива в топках котла; использование тепловой энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания или газотурбинной установки.
     Паровой котел в агрегатированном исполнении может состоять из топки, парообразующих элементов, пароперегревателя. Во вспомогательных котлах в зависимости от назначения из трех последних элементов могут использоваться либо любые их комбинации, либо не использоваться никакие.
     В топке котла сжигается органическое топливо. Выделившаяся теплота передается нагреваемым теплоносителям, в результате чего в котельных элементах происходит парообразование, а в пароперегревателе превращение влажного насыщенного пара в перегретый до заданной температуры. Экономайзер служит для подогрева воды, поступающей в котел, а воздухоподогреватель - для подогрева воздуха, поступающего в топку. Нагревающей средой в парообразующих элементах, пароперегревателе и экономайзере являются дымовые газы, а в воздухоподогревателях могут использоваться как дымовые газы, так и водяной пар.
     Паровой котел на жидком топливе обслуживают следующие системы: питательная, топливная, подачи воздуха и отвода дымовых газов, автоматического регулирования и сигнализации, продувки котла и ввода химических реагентов.
     В утилизационном котле отсутствуют топливная и воздушная системы, а конструктивные особенности остальных систем, обслуживающих утилизационный котел, определяются типом и назначением котла.

    Рабочий процесс парового котла можно рассматривать как состоящий из нескольких отдельных процессов превращения энергии, которые происходят в воздушно-газовом и пароводяном трактах. Носителями энергии являются материальные потоки (воды, топлива, воздуха, пара), взаимодействие которых в элементах котла образует три подпроцесса, неразрывно связанных между собой и составляющих рабочий процесс.






Дынобы* газы'

со,.о.,со

Питательная №

         процессы сгорания тыми&з ®) — теплоеfrено

ТоППибО.





Рис. 2.1 Схема материальных потоков во вспомогательном водотрубном котле

    Основным из них является сгорание топлива в топке, для реализации которого необходимы непрерывный подвод топлива и воздуха, распыление топлива и образование смеси топливо-воздух, собственно горение и отвод продуктов сгорания (дымовых газов). Процессы сгорания и отвода дымовых газов сопровождаются процессами теплообмена, т.е. передачей теплоты

4

5

(излучением в токе и конвекцией в газоходе) от продуктов сгорания к нагреваемой среде (воде, пару, воздуху). Одновременно с процессами сгорания и теплопередачи протекают процессы генерации пара в парообразующих элементам, перегрева пара в пароперегревателе и нагрева воды и воздуха в экономайзере и воздухоподогревателе, т.е. те процессы, которые формируют полезный эффект котла - требуемое количество пара с заданными параметр ами.
    Для любого материального потока, участвующего в рабочем процессе котла, основными параметрами являются давление Р и температура t (однозначно определяющие энтальпию), а также расход вещества G дополнительными -физические характеристики среды (плотность, теплоемкость, концентрация и т.п.).
    Рабочий процесс котла формируют три внешних (входных) материальных потока - топлива, воздуха, питательной воды, в результате взаимодействия которых образуются два потока (пара и продуктов сгорания) на выходе. В соответствии с этим различают входные и выходные параметры рабочего процесса. В совокупность выходных параметров включают и параметры, характеризующие процессы взаимодействия входных потоков (скорости движения, коэффициенты теплообмена, геометрические характеристики каналов и т.п.). Эти параметры обычно выделяют в отдельную подгруппу и называют собственными или внутренними.
    Из всех параметров рабочего процесс выделяют технико-экономические, характеризующие полезный эффект, под которым подразумевается количество создаваемого в единицу времени продукта (паропроизводителъностъ) определенного качества (давление и температура пара). Именно эти показатели дают наиболее полное представление о степени соответствия котла его функциональному назначению.

6

       3. Основы проектирования вспомогательных паровых котлов,

3.1 . Общие положения.

   Любой вид проектирования выполняется в соответствии с техническим заданием.
   При проектировании вспомогательной котельной установки предъявляется ряд требований к размещению котлов на судне, их массогабаритным показателям, к надежности и автоматическому управлению, к защите и др.
   Курсовое и дипломное проектирование по объему выполняемой расчетной и графической работы, количеству вопросов, подлежащих проработке значительно проще реального. Оно включает следующие задачи: закрепление и углубление лекционного материала, приобретение практических навыков по компоновке и расчету паровых котлов.
   Одним из основных этапов проектирования парового котла является тепловой расчет, включающий в себя следующие разделы:
-  расчеты, относящиеся к топливу и продуктам сгорания, составление предварительного теплового баланса;
-  построение компоновочного эскиза парового котла;
-  расчет теплообмена в топке и конвективных поверхностях нагрева.
   Тепловой расчет может быть двух видов: конструктивный и поверочный. Методика конструктивного и поверочного тепловых расчетов является в основном общей, базирующейся на одних и тех же расчетных уравнениях. Их различие заключается в задачах расчета и исходных величинах. При конструктивном расчете определяют необходимую поверхность нагрева, обеспечивающую получение заданной паропроизводителъности и параметров при исходных данных, которые оговорены заданием на проектирование:
   В случае поверочного расчета решается обратная задача: имеется поверхность нагрева, известны параметры греющей и нагреваемой сред при входе в поверхность нагрева; требуется определить температуру газов за поверхностью нагрева и ее тепповосприятие.
   Поверочный тепловой расчет обычно выполняют при проектировании, определении характеристик парового котла на долевых нагрузках, переходе на другой вид топлива и других случаях.


3.2 Расчеты по горению, составлению предварительного теплового баланса.

   В зависимости от марки сжигаемого топлива и типа топочного устройства принимают коэффициент избытка воздуха, объемы и энтальпии продуктов сгорания (по формулам и рекомендациям, изложенным в главе 3.3. Все расчеты ведут на I кг топлива и заканчивают построением диаграммы J? -и. Далее оценивают температуру подогрева воздуха и топлива, тепловые потери от химической неполноты сгорания и в окружающую среду. При

л