Этот поток тепла описывается уравнением:

Удобной характеристикой интенсивности теплового потока для трубы, не зависящей от радиуса цилиндрической поверхности, является линейная (погонная) плотность теплового потока q л :

Для процесса теплопередачи плотность теплового потока q л , проходящего через многослойную трубу, определяется уравнением:

Если ввести обозначение:

то уравнение (5.6) примет вид:

q л= К л(T ср,1− Т ср,2) ,

где К л – линейный коэффициент теплопередачи [Вт/(м·К)]. Температурный напор между средой и контактирующей

поверхностью определяется уравнениями:

П Р И М Е Р Ы

1. Обмуровка топки парового котла состоит из двух слоев.

Внутренний слой выполнен из шамотного кирпича: δ 1 = 400 мм,λ 1 = 1,4 Вт/(м·К), а наружный – из красного кирпича:δ 2 = 200 мм,

Для определения температуры на границе наружного и внутреннего слоя обмуровки (Т 2 ) воспользуемся уравнением (5.2):

толщиной δ = 510 мм, если температура воздуха внутри помещения

Т ср2 = – 30° С, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенкиα 2 = 20 Вт/(м2 ·К). Вычислить также температуры на поверхностях стеныТ п1 иТ п2 .

Следовательно, потери тепла через стенку будут равны:

Q = q·S = 58,5·5·4 = 1170 Вт.

Для определения температур поверхностей стенки воспользуемся уравнениями (5.4). Из них следует:

3. Определить расход тепла q л через стенку трубы (d 1 /d 2 =

= 20/30 мм) из жаропрочной стали, коэффициент теплопроводности

которой λ = 17,4 Вт/(м·К), а температуры внешней и внутренней поверхностейТ 1 = 600° С,Т 2 = 450° С.

Р е ш е н и е.

Для определения расхода тепла через стенку трубы воспользуемся уравнением (5.5) для п = 1:

воздухе, если внутри трубы протекает вода со средней температурой Т ср1 = 90° С. Температура окружающего воздухаТ ср2 = – 15° С. Коэффициент теплопроводности материала трубыλ = 50 Вт/(м·К), коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубыα 1 = 1000 Вт/(м2 ·К) и от трубы к окружающему воздухуα 2 = 12 Вт/м2 ·К. Определить также температуры на внутренней и внешней поверхностях трубы.

652 Вт/м.

5.2. Через плоскую металлическую стенку топки котла

толщиной δ = 14 мм от газов к кипящей воде проходит удельный тепловой потокq = 25000 Вт/м2 . Коэффициент теплопроводности сталиλ = 50 Вт/(м·К).

Определить перепад температур на поверхностях стенки.

5.3. Определить удельный тепловой поток через бетонную стенку толщиной δ = 300 мм, если температуры на внутренней и наружных поверхностях стенки соответственно равныТ 1 = 15° С и

Т 2 = – 15° С.

Коэффициент теплопроводности бетона λ = 1,0 Вт/(м·К).

5.4. Определить потерю тепла q через свод пламенной печи,

5.5. Определить расход тепла Q [ВТ ] через кирпичную стенку толщинойδ = 250 мм на площади 3× 5 м2 , если температуры

диатомитового кирпича λ к = 0,11 Вт/(м·К). Во всех случаях толщина

Внутренний слой выполнен из огнеупорного кирпича толщиной δ 1 = 350 мм, а наружный из красного кирпича толщинойδ 2 = 250 мм.

Определить температуру на внутренней поверхности стенки Т 1 и на внутренней стороне красного кирпичаТ 2 , если на наружной стороне температура стенкиТ 3 = 90° С, а потеря тепла через 1 м2 поверхности стенки равна 1 кВт. Коэффициенты теплопроводности огнеупорного и красного кирпича соответственно равны:

кирпича и диатомитовой засыпки между ними. Диатомитовая засыпка имеет толщину δ 2 = 50 мм иλ 2 = 0,14 Вт/(м·К), а красный кирпич имеетδ 3 = 250 мм иλ 3 = 0,7 Вт/(м·К).

Во сколько раз необходимо увеличить толщину красного кирпича для того, чтобы обмуровка печи без диатомитовой засыпки имела такое же внутреннее термическое сопротивление, как и с засыпкой?

5.9. Определить поток тепла q через поверхность стальной стенки котла [δ 1 =20 мм,λ 1 = 58 Вт/(м·К)], покрытую слоем накипи

[δ 2 = 2 мм,λ 2 = 1,16 Вт/(м·К)]. Наибольшая температура поверхности стенки равна 250° С, а наименьшая температура накипи 100° С. Определить также наибольшую температуру накипи.

5.10. Вычислить тепловой поток через 1 м2 чистой поверхности нагрева парового котла и температуры на поверхностях стенки, если заданы следующие величины: температура дымовых газовТ ср1 = =1000° С, температура кипящей водыT ср2 = 200° С, коэффициенты теплоотдачи от газов к стенкеα 1 = 100 Вт/(м2 ·К) и от стенки к кипящей водеα 2 = 5000 Вт/(м2 ·К). Коэффициент теплопроводности материала стенкиλ = 50 Вт/(м·K) и толщина стенкиδ = 12 мм.

5.11. Решить задачу 10 при условии, что в процессе эксплуатации поверхность нагрева парового котла со стороны дымовыx газов покрылась слоем сажи толщиной δ с = 1 мм

[ λ с = 0,08 Вт/(м·К)], а со стороны воды – слоем накипи толщинойδ н = 2 мм [λ н = 0,8 Вт/(м·К)]. Вычислить тепловой поток через 1 м2

загрязненной поверхности нагрева и температуры на поверхностях соответствующих слоев Т п1 , Т п2 , Т п3 иТ п4 .

Сравнить результаты расчета с ответом задачи 10 и определить уменьшение тепловой нагрузки q (в %).

5.12. Определить плотность теплового потока q [Вт/м2 ] через кирпичную стенку толщиной 510 мм с коэффициентом теплопроводностиλ к = 0,8 Вт/(м·К), покрытую снаружи слоем теплоизоляции

теплоотдачи от наружной поверхности α 2 = 20 Вт/(м2 ·К). Вычислить также температуры на поверхностях стеныТ п1 , Т п2 и на поверхности слояТ п3 .

5.13. Змеевики пароподогревателя выполнены из труб жароупорной стали диаметром d 1 /d 2 = 32/42 мм с коэффициентом

Вычислить удельный тепловой поток через стенку на единицу длины трубы q л .

5.14. Железобетонная дымовая труба покрыта с внутренней стороны слоем огнеупорной футеровки λ1 = 0,5 Вт/(м·К).

Определить толщину футеровки δ 1 и температуру наружной поверхности трубыТ 3 при условии, чтобы потери тепла не превышалиq л = 2000 Вт/м, а наибольшие температуры футеровки и бетона не превышалиТ 1 = 421° С иТ 2 = 200° С.

5.15. Стальной паропровод покрыт двумя слоями тепловой изоляции одинаковой толщины [δ = 50 мм, λ2 = 0,07 Вт/(м·К), λ3 = 0,14Вт/(м·К)].

Определить потери тепла q л [Вт/м] и температуруТ 3 на границе соприкосновения этих слоев. Повторить эти расчеты при условии, что изоляция первого слоя установлена на место второго.

паропровода (d 1 /d 2 =140/150), изолированного двумя слоями тепловой

Коэффициенты теплопроводности материала трубопровода и бетона

масла к стенке α1 = 100 Вт/(м2 ·К) и от поверхности бетона к воздуху

α2 = 10 Вт/(м2 ·К).

Определить потери тепла с 1 м трубопровода, покрытого бетоном. 5.19. Плоский алюминиевый лист толщиной 0,8 мм пластин-

водности стенки λ = 203,5 Вт/(м·К). Определить удельный тепловой поток, переданный через стенку.

5.20. Оценить тепловые потери с 1,0 м трубопровода диаметром d 1 /d 2 = 150/165 мм, покрытого слоем изоляции толщиной δ1 = 60 мм, если трубопровод проложен на воздухе сT ср2 = – 15° С и по нему течет вода со средней температуройT ср1 = 90° С. Коэффициенты теплопроводности материала трубы и изоляции соответственно равны λ1 = 50 Вт/(м·К), λ2 = 0,15 Вт/(м·К), а коэффициенты теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху α2 = 8 Вт/(м2 ·К), а от воды к стенке трубы α1 = 1000 Вт/(м2 ·К). Вычислить также

температуру на внешней поверхности трубы и внешней поверхности изоляции.

5.21. Определить необходимую мощность радиаторов отопления аудитории, если кладка ее наружной стены (8 × 4,5 м, δ = 500 мм) выполнена из красного кирпича (λ = 0,7 Вт/м·К), а температуры поверхностейТ ] = 12° С иТ 2 = −15° С. (Окна условно отсутствуют). Какова глубина промерзания стены.

5.22. Окно в аудитории имеет сдвоенные рамы с зазором между стеклами 60 мм. Вычислить тепловые потери через оконный проем 5 × 3 м, если толщина стекол δ = 4 мм, а температуры их соот-

ветствующих поверхностей Т 1 = 10°C иТ 4 = −18° С.λ ст = 0,74 и

λ возд = 0,0244 Вт/м·К.

5.23 Вычислить линейную плотность теплового потока через стенку змеевика из труб (d 1 /d 2 = 40 / 47 мм) жароупорной стали

(λ = 16,5 Вт/(м·К)), если температуры ее внутренней и наружной поверхностей составляют 400° С и 600° С соответственно. При каком значении радиуса трубы температура в стенке равна 500° С.

5.24. Стальной паропровод (d 2 = 100 иδ = 5 мм) проложен на открытом воздухеТ ср2 = 20° С. Тепловая изоляция паропровода выполнена из двух слоев - минеральной ваты и асбеста (δ мв =δ ас = = 50 мм; λмв = 0,047 и λас = 0,11 Вт/м·К).

Вычислить потери тепла с погонного метра паропровода и температуры на его границах, если температура пара Т ср1 = 300°C, а коэффициенты теплоотдачи от пара к внутренней поверхности паропровода и с внешней поверхности второго слоя изоляции к воздуху соответственно 90 и 15 Вт/(м2 ·К).

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГОСИСТЕМ

ВСЕСОЮЗНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТРЕСТ ПО ОРГАНИЗАЦИИ И
РАЦИОНАЛИЗАЦИИ РАЙОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И СЕТЕЙ
(ОРГРЭС)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕПЛОВЫМ
ИСПЫТАНИЯМ ОБМУРОВКИ И ТЕПЛОВОЙ
ИЗОЛЯЦИИ КОТЛОАГРЕГАТОВ

БЮРО ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
МОСКВА 1967

Составлено Бюро технической информации ОРГРЭС

Редактор: инж. С.В.ХИЖНЯКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Установлено, что потери тепла во внешнюю среду с поверхности обмуровки современных котлов не должны превышать 300 ккал/м 2 ∙ ч, а максимальная температура на наружной поверхности обмуровки должна быть не более 55 °С при температуре окружающего воздуха в среднем по высоте котла около 30 °С [Л. , , ].

Вместе с тем суммарные максимально допустимые потери тепла котлоагрегатом в окружающую среду q 5 определяются «Тепловым расчетом котельных агрегатов» [Л. ], устанавливающим зависимость между потерями тепла и паропроизводительностью котлов. Согласно тепловому расчету для современных котлов паропроизводительностью Д = 220 ÷ 640 т/ч q 5 составляет 0,5 - 0,4 % от расхода сжигаемого топлива. Эта величина, относительно небольшая в общем тепловом балансе котла, приобретает совершенно другой масштаб при переводе ее в абсолютные значения, составляя около 10000 ккал/ч на 1 МВт установленной мощности, причем потери тепла q 5 превышают 50 % всех потерь тепла через тепловую изоляцию блочных электростанций.

В ряде случаев вследствие отступления от проектных решений, некачественного монтажа, применения малоэффективных материалов и неудачных конструктивных решений, частичного разрушения обмуровки и тепловой изоляции котла при ремонтах технологического оборудования, а также в результате старения при длительной работе может иметь место превышение величины q 5 над нормативными значениями. При достаточно большом значении тепловых потерь котлом в окружающую среду Q 5 (кка л/ч) даже небольшое превышение величины q 5 (%) связано с весьма значительными потерями тепла. Так, например, увеличение q 5 на 0,1 % для современных котлов эквивалентно пережогу примерно 2,0 т условного топлива в год на 1 МВт установленной мощности. Кроме того, увеличение q 5 существенно ухудшает санитарно-техническое состояние котельной.

Естественно, что достаточно точное экспериментальное определение фактической величины q 5 (в отличие от принятого при испытаниях котлов определения q 5 как остаточного члена теплового баланса) и приведение ее в соответствие с существующими нормами должно быть введено в практику аналогично тому, как это принято для остальной тепловой изоляции паропроводов и оборудования электростанций [Л. ].

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При оценке суммарных тепловых потерь котлоагрегатом наиболее сложной из подлежащих испытанию теплозащитных конструкций является его обмуровка [Л. , , ].

Обмуровки современных котлов разделяются на два основных типа:

1. Натрубные обмуровки (набивные и из сборных плит), крепящиеся непосредственно на экранных трубах.

2. Щитовые обмуровки, устанавливаемые на каркасе.

Старые кирпичные обмуровки, опирающиес я на фундамент, остались в настоящее время на небольших или устаревших котлах.

Конструкция современных обмуровок предусматривает наличие металлических крепящих деталей, расположенных в толще обмуровки и частично выходящих на ее внешнюю поверхность (штыри, кронштейны и т.д.). Эти металлические детали обмуровок являются тепловыми мостами, по которым происходит переток тепла к отдельным участкам поверхности. В некоторых конструкциях переток тепла составляет 30 - 40 % от суммарного теплового потока через отдельные участки обмуровки. Указанное обстоятельство предусматривает необходимость соответствующего размещения точек измерения на поверхностях таких обмуровок, обеспечивающего получение усредненных условий теплоотдачи.

По условиям теплоотдачи существенно различаются обмуровки без металлической обшивки и с металлической обшивкой. Специфической особенностью последних является растекание тепла по плоскости обшивки, выравнивающее температуру на значительных ее площадях. При различных внешних условиях теплоотдачи (воздушные потоки, местный встречный поток лучистого тепла) такое выравнивание температуры приводит к резкому колебанию величин удельных тепловых потерь на смежных участках обшивки. Другой особенностью обмуровок с обшивкой является возможность конвективных перетеков тепла по высоте в зазоре между обшивкой и обмуровкой.

Указанные обстоятельства обуславливают необходимость измерения тепловых потерь по обшивке в достаточно большом количестве точек, особенно по высоте, несмотря на кажущуюся равномерность температурного поля.

Сложность учета потерь тепла от балок каркаса обмуровки и котла разрешается в данных методических указаниях введением некоторых усредненных условий измерения. Такое решение оправдано сравнительно небольшой долей участия этих теплоотдающих поверхностей в общей сумме потерь тепла котлоа грегатом в окружающую среду.

Особенностью тепловых испытаний изоляции трубопроводов и коробов котла, находящихся в сфере интенсивного взаимного теплообмена между собой и обмуровкой, является необходимость тщательного определения их действительно отдающей, а не поглощающей тепло поверхности, т.е. поверхности не «закрытой» более интенсивным встречным потоком тепла, идущим от находящихся вблизи объектов.

Истинная направленность теплового потока устанавливается в данном случае контрольными измерениями удельного теплового потока от различных поверхностей, излучающих тепло друг на друга.

Разработанные методические указания определяют как способ измерения удельных тепловых потоков, так и классификацию всех теплоотдающих поверхностей котлоагрегата с точки зрения условий теплоотдачи.

Измеренные удельные тепловые потоки, усредненные для отдельных участков, относятся к площадям теплоотдающих поверхностей этих участков, определяемых непосредственным обмером.

Такая схема дает возможность оценить тепловые потери по отдельным элементам обмуровки и тепловой изоляции котла, выявляет долю участия каждого элемента в общей сумме потерь тепла, а также характеризует качество обмуровки и тепловой изоляции.

Техническая возможность тепловых испытаний обмуровки котла определилась применением принципиально нового прибора - моделирующего тепломера ОРГРЭС ИТП-2. В сложных тепловых условиях работы котлоагрегата принцип действия и конструкция прибора ИТП-2 позволяют с достаточной точностью и малой затратой времени на единичное измерение определять непосредственно прямым способом удельные тепловые потоки с те плоотдающих поверхностей (плотность теплового потока) независимо от их формы, размера, состояния поверхности (изоляция, металл) и условий теплоотдачи.

Малая инерционность прибора, небольшие размеры его датчиков и полная их взаимозаменяемость позволяют проводить массовые измерения тепловых потоков при одновременном применении большого количества датчиков со всех теплоотдающих поверхностей котлоагрегата.

Необходимо отметить, что применение иных общепринятых способов определения потерь тепла (1 - по разности измеренных температур поверхности и окружающей среды; 2 - по термическому сопротивлению теплозащитного слоя, определяемому по перепаду температур в нем; 3 - непосредственным измерением при помощи измерителей теплового потока типа тепломера Шмидта) в условиях котлоагрегата не может быть рекомендовано, так как часто приводит к искаженным результатам [Л. , ].

Причина такого ограничения связана со спецификой условий теплоотдачи на котле, практически исключающей возможность правильного определения температуры окружающего воздуха и коэффициента теплоотдачи а , а также наличием в обмуровке закладных металлических деталей и металлических поверхностей. Условия измерения удельных тепловых потоков на котлоа грегате - большое количество точек на каждом сравнительно небольшом отдельном участке - вызывает необходимость в ряде дополнительных приспособлений к тепломеру ИТП-2. Эти приспособления (приложение ) не меняя принципиальной сущности тепломера, облегчают технику измерения и значительно снижают трудоемкость работы.

Температура поверхности обмуровки и тепловой изоляции котла (Правила ПТЭ) при тепловых испытаниях измеряется одновременно с измерением тепловых потоков термощупом ОРГРЭС Т-4 (приложение ).

2. ТЕПЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ОБМУРОВОК

А. Подготовительные работы

1. Перед началом испытания производится подробное ознакомление со схемой котла и проектом его обмуровки и тепловой изоляции. При этом выясняются конструкция и материалы обмуровки и тепловой изоляции, а также все отклонения от проекта .

2. Составляются эскизы характерных участков обмуровки и опись основных теплоизоляционных конструкций (коробов, трубопроводов и др.).

3. Производится внешний осмотр обмуровки, в процессе которого уточняются отклонения от проекта и фиксируются внешние дефекты: отсутствие изоляции, трещины, дефекты отделки и т.п.

Б. Измерение площадей теплоотдающих поверхностей

4. Определение площади теплоотдающих поверхностей производится непосредственным обмером, На котлоа грегатах с симметричным расположением обмер проводится на одной половине топочной камеры и конвективной шахты.

5. При обмере площади учитываются только те поверхности, которые отдают тепло в окружающую среду. В случае закрытия обмуровки другими теплоотдаю щими элементами из ее площади вычитается проекция этих элементов на обмуровку, а теплоотдающая поверхность самих закрывающих элементов подсчитывается по их выступающей части.

6. Для балок разного профиля и различного расположения может быть принята условная схема определения площади теплоотдающих поверхностей и поверхностей, закрывающих обмуровку, на которой они расположены. При этом измерение плотности теплового потока производится только с лобовой стороны (сторона «б» на схеме), а площадь определяется в соответствии со схемой (рис. ).

7. При определении площади теплоотдаю щих поверхностей, труднодоступных для обмера трубопроводов и воздухопроводов, длину их можно принимать по размерам, указанным в чертежах и схемах, уточняя периметр по изоляции выборочным обмером.

Для воздухопроводов большой протяженности рекомендуется делать эскизы, на которых отмечаются точки измерения.

В. Проведение испытаний

8. Тепловые испытания обмуровки проводятся при возможно постоянном режиме работы котла. Поэтому при останове котла в период проведения испытаний последние можно продолжать после его пуска только при восстановлении стационарного режима теплоотдачи от внешних поверхностей котла в окружающую среду.

Ориентировочно для этого требуется около 36 ч после останова котла на 10 - 12 ч и около 12 ч после останова котла на 4 - 6 ч.

Рис. 1. Схема для определения условных площадей балок различного профиля:

I , II - горизонтальные и вертикальные балки

Площадь те плоотдающей поверхности (м 2) определяется: для горизонтальных балок 1, 2, 3, 4 - (а + б), 5 - а ; для вертикальных балок 1, 2 - (а + б). 3, 4 - (2а + б ). Площадь закрывающей поверхности (м 2) для всех балок во всех случаях - б

9. В период проведения испытаний по эксплуатационным данным фиксируются средние величины паро производительности и расхода топлива, а также максимальные отклонения этих величин от средних (с отметкой времени).

Так же фиксируется марка и калорийность топлива.

10. Измерения удельных тепловых потерь (плотности теплового потока) от теплоотдающих поверхностей производятся по отдельным участкам в пределах каждой отметки (площадки) на каждой из сторон котла с установленной частотой замеров (п. и табл. ):

Таблица 1

Карта № ______ Наименование участка измерения

(например: фронт топочной камеры __ 16,34 ÷ 19,7)

2. После измерения R 100 термометр помещается в термостат тающего льда и производится определение сопротивления термометра при 0 °С (R 0 ). Это сопротивление не должно отклоняться от номинального значения 53 Ом более чем на ±0,1 %.

Отношение должно находиться в пределах 1,426 ÷ 0,002 * .

_____________

* Указанная методика поверки термометров сопротивления предусмотрена ГОСТ 6651 -59 и подробно описана в Инструкции 157-62 Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР.

3. Вторичный прибор термощупа поверяется с помощью магазина сопротивлений класса точности не ниже 0,02, имеющего декаду с сотыми долями Ома. При поверке необходимо учитывать, что прибор градуирован при сопротивлении подводящих проводов R вн , равном 1 Ом. Градуировочная таблица для медных термометров сопротивления градуировки 23 приведена по Разность температур металла трубы и воздуха, град

0,91

0,91

0,91

0,91

0,95

0,95

0,96

0,96

1,00

1,00

1,00

7. Нормы проектирования тепловой изоляции для трубопроводов и оборудования электростанций и тепловых сетей. Госэнергоиздат, 1959.

8. Васильева Г.Н. [и др.] . Определение тепловых потерь котлоагрегатов в окружающую среду ( q 5 ). «Электрические станции», 1965, № 2.

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО

Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

КУРСОВАЯ РАБОТА

Поверочный тепловой расчет водогрейного котла

Руководитель О.А. Раков

Студент П.А. Стадухин

группа ЭНЗ-320915с

г. Екатеринбург - 2015

Введение

.Исходные данные

2.

.Тепловой расчет котла

3.1Расчетные характеристики топлива

3.2Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

3

4Тепловой баланс котла

5Тепловой расчет топки

6Расчет конвективных пучков

4.Расчетная невязка теплового баланса

Заключение

Список литературы

Введение

В данной работе представлен поверочный тепловой расчет водогрейного котла, предназначенного для нагрева сетевой воды при сжигании газа. Поверочный расчет производят для оценки показателей экономии и надежности котла при работе на заданном топливе, выявления необходимых реконструктивных мероприятий, выбора вспомогательного оборудования и получения исходных материалов для проведения расчетов: аэродинамического, гидравлического, температуры металла и прочности труб, интенсивности износа труб, коррозии и др.

Спецификой расчета котла является неизвестность промежуточных температур газов и рабочего тела - теплоносителя, включая температуру уходящих газов; поэтому расчет выполняют методом последовательных приближений, задаваясь вначале некоторым значением температуры уходящих из котла газов, а затем сравнивая его с результатами расчета. Допустимые отклонения в значениях этой температуры не должны превышать ± 5%.

1. Исходные данные

.Марка котла: КВ-ГМ-4,65-95П.

2.Топливо: газопровод Ярино-Пермь.

.Теплопроизводительность котла Qк= 4,65 МВт.

.Начальная температура воды t1=55оС.

.Максимальная температура воды на выходе из котла t2=95оС.

.Давление воды на входе в котел: р1 = 12 бар.

.Котел вырабатывает 60% от номинальной полезной тепловой мощности.

2. Описание конструкции котла и топочного устройства

Котел водогрейный марки КВ-ГМ-4,65-95П предназначен для получения горячей воды температурой 95°С, используемой в системах отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения.

Котел типа КВ-ГМ представляет собой устройство, несущий каркас которого отсутствует. Система трубная имеет опоры, приваренные к нижним коллекторам. Опоры, расположенные на стыке топочной камеры и конвективной шахты, неподвижны. Котлы типа КВ-ГМ-4,65-95П состоят из единой трубной системы.

Топочная камера, имеющая горизонтальную компоновку с прямоточным принудительным движением воды, экранирована трубами диаметром 51х4 мм, входящими в коллекторы диаметром 159х6 мм. К коллекторам присоединены радиационные и конвективные поверхности нагрева, имеющие облегченную натрубную изоляцию и газоплотную обмуровку.

Конвективная поверхность нагрева расположена в вертикальной шахте и набирается из U-образных ширм из труб диаметром 28х3 мм.

Котел оборудован горелкой типа РГМГ. Горелка устанавливается на воздушном коробе котла, который крепиться на фронтовом экране к щиту.

Движение воды и газа в котле организовано противоточно - сетевая вода подается в конвективные поверхности нагрева и выводится из топочных экранов. Движение воды обеспечивается насосом.

На выходном коллекторе котла до запорной арматуры установлены: манометр, прибор для измерения температуры и труба с запорным устройством для удаления воздуха при заполнении котла. Оснащается предохранительными клапанами.

Котел имеет дренажные и воздушные вентили с запорной арматурой, обеспечивающие возможность удаления воды и осадков из нижних участков всех элементов котла и удаления воздуха из верхних.

Котлы КВ-ГМ оснащены лестницами-площадками для удобства обслуживания.

Таблица 1

Технические характеристики котлоагрегата КВ-ГМ-4,65-95П

Теплопроизводительность, МВт4,65Рабочее давление воды на входе в котел / на выходе из котла, МПа1,6/ 1,0Температура воды на входе/выходе, ˚С70 / 150Расход воды через котел, т/ч160Гидравлическое сопротивление, МПа, не более0,19Расход расчетного топлива для природного газа, м3/ч501Аэродинамическое сопротивление, Па, не более270Коэффициент избытка воздуха для природного газа по ГОСТ 5542, не более1,15Температура уходящих газов, ˚С130Диапазон регулирования, %30 - 100КПД котла на природном газе, %, не менее94,4Габаритные размеры в облегченной изоляции с металлической обшивкой, мм: - длина по выступающим частям блока котла; - ширина по выступающим частям блока котла; - высота от уровня пола котельной до выступающих частей блока котла 5720 2284 1985Масса котла без горелки, кг, не более9700

3. Тепловой расчет котла

.1 Расчетные характеристики топлива

Топливо: газопровод Ярино-Пермь.

СН4 - 38

С2Н6 - 25,1

С3Н8 - 12,5

С4Н10 - 3,3

С5Н12 - 1,30

N2 - 18,7

Н2S - 1,1

Низшая теплота сгорания Qнр = 46,890 МДж/м3

Плотность при 0ºС и 101,3 кПа ρ = 1,196 кг/м3

3.2 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

Коэффициент избытка воздуха по мере движения продуктов сгорания по газоходам котельного агрегата увеличивается. Это обусловлено тем, что давление в газоходах (для котлов, работающих под разрежением) меньше давления окружающего воздуха и через неплотности в обмуровке происходят присосы атмосферного воздуха в газовый тракт агрегата. Обычно при расчетах температуру воздуха, присасываемого в газоходы, принимают равной 30°С.

Для котлов, работающих под наддувом, коэффициент избытка воздуха на участке тракта от топки до воздухоподогревателя принимается постоянным.

Примем коэффициент расхода воздуха в топке αт = 1,05 (2), коэффициент расхода воздуха за конвективной поверхностью αкп = αт + Δα, где Δα = 0,05 - присос воздуха в конвективном пучке (2): αух = 1,1 . Среднее значение коэффициента расхода воздуха αср = (αт+ αкп)/2 = 1,075 (в конвективной части).

Теоретическое количество воздуха: Vно=12,37 м3/ч

Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания:

Vн оRO2=1,47 м3/м3

VноN2=9,96м3/м3

Vн оН2О=2,47 м3/м3

Vно,г=13,9 м3/м3

Действительный объем водяных паров:

Действительный объем дымовых газов:

Vнг = Vн оRO2+ VноN2+ Vн Н2О+(αi-1) Vн о

Объемная доля водяных паров:

RH2O = VнН2О/ Vнг

Объемная доля трехатомных газов:

RRO2 = Vн оRO2/ Vнг

Суммарная доля водяных паров и трехатомных газов:

Rп = RH2O+ RRO2

Таблица 2

Расчет объёмов воздуха и продуктов сгорания

№ п/пНаименование величиныОбозначениеРазмерностьαтαсрαух1.Действительный объем водяных паровVH2Oм3/ м32,4802,4852,4902.Действительный объем продуктов сгоранияVгм3/ м314,52814,84315,1573.Объемная доля водяных паров в продуктах сгоранияRH2O-0,1710,1670,1644.Объемная доля трехатомных газов в продуктах сгоранияRRO2-0,1010,0990,0975.Суммарная доля водяных паров и трехатомных газовRП-0,2720,2660,261

3.3 Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Таблица 3

Энтальпии воздуха и продуктов сгорания

t, оСIго, кДж/м3Iво, кДж/м3Iг= Iго+ Iво(αт-1)Iг= Iго+ Iво(αух-1)30495,9100191816412000,052041,075200387633024041,14123,65400791967048254,2600122391026612752,3800167321396417430,21000211131778622002,31200262172169527301,751400310622567832345,91600360682972237554,11800411653379242854,62000463053792348201,15

3.4 Тепловой баланс котла

При работе водогрейного котла вся поступившая в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре или горячей воде, и на покрытие различных потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котельный агрегат, называют располагаемой теплотой и обозначают Qр. Между теплотой, поступившей в котельный агрегат и покинувшей его, существует равенство. Теплота, покинувшая котельный агрегат, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара или горячей воды. Следовательно, тепловой баланс котла для 1 м3 газа при нормальных условиях имеет вид:

Qр = Q1+Q2+Q3+Q5, где

р - располагаемая теплота, кДж/м3;1 - полезная теплота, содержащаяся в паре или горячей воды, кДж/м3;2 - потери теплоты с уходящими газами, кДж/м3 ;3 - от химической неполноты сгорания, кДж/м3;5