Расчет судового парового котла КВГ-25
Ограничение паропроизводительности и давления пара в секционных агрегатах объясняется наличием волнистых камер. Технология изготовления таких камер довольно сложна; при повышении давления пара толщина стенок камер должна быть увеличена, что усложняет производство и повышает его стоимость. При одновременном возрастании давления и паропроизводительности стоимость постройки будет еще больше, так как… Читать ещё >
Расчет судового парового котла КВГ-25 (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Министерство образования и науки Украины Одесская национальная морская академия
Кафедра : СЭУ
Курсовая работа
по дисциплине: СПК
на тему: «Расчет судового парового котла КВГ — 25»
Выполнил:
Курсант СМФ Группы 2101
Слабченко М.В.
г. Одесса-2015г.
Вступление
Водотрубные котлы, которые нашли широкое применение на судах транспортного флота, различаются, главным образом, конструктивной компоновкой поверхностей нагрева. В дополнение к общей классификации, рассматриваемую большую группу водотрубных агрегатов в судовой практике обычно подразделяют на три основных типа:
секционные
однопроточные
вертикально-водотрубные
Секционные котлы применяются на судах старой постройки. Судовые установки с поршневыми машинами оборудовались секционными котлами трехходового типа. Такая конструкция позволяла использовать для поверхностей нагрева трубы большого диаметра, что облегчало их внутреннюю очистку, необходимую при работе на питательной воде пониженного качества, загрязненной маслом и накипеобразующими солями.
В установке, имеющей в качестве главного двигателя паровую турбину, питательная вода не содержит масла. Вследствие этого котельные трубы практически не требуют внутренней механической очистки и могут иметь малый диаметр. Секционные агрегаты с малым диаметром труб выполняли более простой конструкции — одноходового типа — без газонаправляющих перегородок и применяли их на некоторых судах с паротурбинными установками. Их теплотехнические характеристики близки к характеристикам однопроточных и вертикально-водотрубных котлов. Однако секционные агрегаты могут быть построены на меньшую паропроизводительность и более низкие параметры пара. Для паропроизводительности более 4000 — 25 000 кг/ч применялись однопроточные котлы. Рабочее давление пара в таких котлах обычно не превышает 3,5 МПа; имеются единичные случаи применения давления до 4,5 МПа с температурой перегретого пара 400 — 450 єС.
Ограничение паропроизводительности и давления пара в секционных агрегатах объясняется наличием волнистых камер. Технология изготовления таких камер довольно сложна; при повышении давления пара толщина стенок камер должна быть увеличена, что усложняет производство и повышает его стоимость. При одновременном возрастании давления и паропроизводительности стоимость постройки будет еще больше, так как потребуется большое количество волнистых камер и лючков.
Из рассмотренных главнейших особенностей секционных котлов можно заключить, что данные агрегаты по своим характеристикам превосходят своих предшественников — огнетрубные оборотные котлы, однако и они значительно устарели и уступают однопроточным котлам.
Однопроточный котел имеет два основных барабана: пароводяной и водяной, соединенных трубками. Эти трубки образуют с горизонтальной плоскостью угол 45 — 70 є, что обеспечивает удовлетворительное омывание дымовыми газами поверхностей нагрева без дополнительных газонаправляющих перегородок. Обязательным элементом топки такого котла является боковой экран, образующий сплошную или разреженную стенку труб, которая воспринимает лучистое тепло. Очень часто экранные поверхности нагрева устанавливают и на задней стенке топки, иногда экранируют фронт. Односторонний ход газов позволяет сделать компактной поверхность нагрева конвективного пучка труб, внутри которого размещают пароперегреватель.
Однопроточные агрегаты всегда имеют хвостовые поверхности нагрева: экономайзер и воздухоподогреватель (либо по отдельности). Их общая конструктивная компоновка довольно проста и удобна в обслуживании.
В условиях современного состояния отечественного морского флота в ближайшие годы не предполагается пополнения транспортными судами с паротурбинными установками.
Краткое описание котла
Главный котел КВГ-25 состоит из корпуса, пароперегревателя, экономайзера и воздухоподогревателя, собранных в сварном металлическом корпусе.
Котел имеет два контура циркуляции. Первый контур образован боковым экраном, четырьмя рядами трубок приточного пучка и двумя рядами необогреваемых опускных трубок, замкнутых на паровом коллекторе и экранном коллекторе. Боковой ряд выполнен сплошным однорядным. Концы трубок экрана в районе присоединения их первому коллектору разведены в два ряда. Опускные трубки расположены за боковым экраном, также сведены в средней части в один ряд. У коллекторов расположены щиты, изготовленные из жаростойкой стали, которые предотвращают нагрев опускных трубок в районе разведения экранных трубок. Второй контур циркуляции образован 13-ю рядами трубок конвективного пучка, опускных трубок, расположенные в кожухе котла и закрепленных в паровом и водяном, коллекторах. Трубки притопочных и конвективных пучков расположены в шахматном порядке.
Трубки бокового экрана, конвективного и при точного пучков, а также опускные трубки первого контура закрепляются в коллекторах вальцованием. Опускные трубки второго контура циркуляции приварены к штуцерам парового водяного коллекторов. Паровой коллектор со штампованными днищами выполнен сварным. Обшивка коллектора сварена из двух листов разной толщины. Нижний утолщенный лист позволяет повысить прочность коллектора в местах ослабленными отверстиями трубок.
Пароперегреватель вертикальный, петлевой, четвероходовой. В качестве топлива используется мазут марки 40.
Тепловая схема установки
ОП I и IIпарообразующие поверхности;
ПП — пароперегреватель;
ЭК I — секции экономайзера;
ТВД и ТНД — соответственно турбина высокого и низкого давления;
ПН — питательный насос.
Цикл Ренкина в T - S координатах
1−2 — адиабатный процесс расширения пара в турбине;
2−3 — конденсация пара в конденсаторе;
3−4 — повышение температуры в питательном насосе;
4−5 — повышение температуры воды вплоть до начала кипения;
5−6 — испарение с зеркала (изотермический);
6−1 — перегрев пара в пароперегревателе.
Рис. 3
Таблица 1 Определение конструктивных размеров топки
№ | Наименование рассчитываемой величины | Размерность | Обозначение | Расчетная формула или способ определения | Передний фронт | Задний фронт | Боковая стенка | Притопочная стенка | Стенка пода топки | Суммарное значение | |
Длина стенок топки | м | l' | По эскизу | 3,40 | 3,40 | 6,50 | 4,50 | 0,30 | |||
Ширина стенок топки | м | b' | По эскизу | 2,10 | 2,10 | 2,98 | 2,98 | 2,90 | |||
Площадь стен, окружающих топку | м2 | F | 7,14 | 7,14 | 19,37 | 13,41 | 0,87 | 47,93 | |||
Длина экранов топки | м | l | По эскизу | 6,50 | 4,70 | ||||||
Ширина экранов топки | м | b | По эскизу | 2,90 | 2,90 | ||||||
Площадь экранов топки | м | H | 1,00 | 0,89 | |||||||
Длина топки | м | lт | По эскизу | 18,85 | 12,13 | 30,98 | |||||
Объем топки | м | Vт | 2,98 | ||||||||
Степень экранирования топки | ; | 21,28 | |||||||||
Толщина излучающего слоя пламени | м | sт | 0,65 | ||||||||
Таблица 2 Определение основных контурных размеров рассчитываемых элементов котла
№ | Наименование рассчитываемой величины | Размерность | Обозначение | Расчетная формула или способ определения | Первый испарительный пучок | Пароперегреватель | Второй испарительный пучок | 1-я секция экономайзера | 2-я секция экономайзера | |
Расположение трубок | ___ | __ | По эскизу | шахматное | ||||||
Наружный диаметр трубок | м | dн | По эскизу | 0,0455 | 0,025 | 0,029 | 0,029 | 0,038 | ||
Внутренний диаметр трубок | м | dвн | По эскизу | 0,0395 | 0,02 | 0,024 | 0,023 | 0,034 | ||
Поперечный шаг трубок | м | s1 | По эскизу | 0,091 | 0,04 | 0,048 | 0,044 | 0,06 | ||
Продольный шаг трубок | м | s2 | По эскизу | 0,06 | 0,04 | 0,06 | 0,044 | 0,052 | ||
Эффективно омываемая газами длина трубок | м | l | По эскизу | 4,7 | 3,6 | 2,9 | 3,5 | |||
Расстояние между осями крайних трубок в ряду | м | L | По эскизу | 2,9 | 2,9 | 2,9 | 1,9 | 2,8 | ||
Количество трубок в ряду | __ | z1 | ||||||||
Количество рядов трубок | __ | z2 | По эскизу | |||||||
Число перегородок (поворотов) по высоте (шири не) паровоздухогазоходов | __ | n | По эскизу | |||||||
Площадь сечения для прохода газов (воздуха, пара) с наружной стороны трубок | м2 | Fн | 3,61 | 3,90 | 2,12 | 0,97 | 1,88 | |||
Площадь поверхности с шахматным расположением трубок | м2 | H | 84,7 | 199,3 | 238,1 | 678,0 | ||||
Относительный шаг трубок в ряду | ; | sтр | 2,000 | 1,600 | 1,655 | 1,517 | 1,579 | |||
Относительный шаг рядов трубок | ; | sр | 1,3187 | 1,6000 | 2,0690 | 1,5172 | 1,3684 | |||
Относительный диагональный шаг трубок | ; | sд | 1,6550 | 1,7889 | 2,2283 | 1,6963 | 1,5798 | |||
Коэффициент, учитывающий геометрическое расположение трубок | ; | 1,5268 | 0,7606 | 0,5334 | 0,7428 | 0,9985 | ||||
Поправка на геометрическую компоновку при шахматном расположении трубок | ; | Cs | 0,3547 | 0,3308 | 0,3193 | 0,3300 | 0,3399 | |||
Поправка на число рядов при шахматном расположении трубок | ; | Cz | при при? 10 | 0,8439 | 1,0000 | 1,0000 | 1,0000 | 1,0000 | ||
Эквивалентная толщина излучающего газового слоя при наружном омывании (газами) трубок | м | s | 0,0966 | 0,0508 | 0,0877 | 0,0504 | 0,0599 | |||
Таблица 3 Определение количества продуктов сгорания и объемных долей трехатомных газов
№ | Определяемая величина | Обозначение | Размерность | Расчетная формула или способ определения | Результат расчета | |
Марка топлива | ; | ; | По заданию | |||
Элементарный состав рабочей массы топлива: углерод водород сера кислород азот зола вода | CР HР SР OР NР AР WР | % % % % % % % | По заданию По заданию По заданию По заданию По заданию По заданию По заданию | 0,3 0,2 0,5 | ||
Коэффициент избытка воздуха | ; | По заданию | 1.24 | |||
Содержание влаги в воздухе | WВ | ; | По заданию | 0,008 | ||
Объем воздуха, теоретически необходимый для сгорания 1 кг топлива | 10,17 | |||||
Объем углекислого и сернистого газов | 1,576 | |||||
Объем водяных паров (теоретический) | 1,284 | |||||
Объем водяных паров (при заданном) | 1,31 | |||||
Объем азота (теоретический) | 8,039 | |||||
Объем азота (при заданном) | 9,647 | |||||
Объем кислорода | 0,427 | |||||
Суммарный объем продуктов сгорания | VГ | 12,96 | ||||
Объемная доля водяных паров | ; | 0,101 | ||||
Объемная доля углекислого и сернистого газов | ; | 0,122 | ||||
Суммарная доля трехатомных газов (с учетом водяных паров) | ; | 0,223 | ||||
Таблица 4 Cоставление предварительного теплового баланса и определение расхода топлива
№ | Определяемая величина | Обозначение | Размерность | Расчетная формула или способ определения | Результат расчета | |
Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива | Из таблиц для заданной марки топлива | |||||
Температура холодного воздуха, поступающего в воздухоподогреватель | Принимается в пределах 20 — 50 | |||||
Температура подогретого воздуха, поступающего в топку | При проверочно-конструктивном расчете принимают по заданию | |||||
Теплоемкость сухого холодного воздуха при температуре, равной | Из таблицы приложения 3, по | 1,2984 | ||||
Теплоемкость сухого подогретого воздуха при температуре, равной | Из таблицы приложения 3, по | 1,3048 | ||||
Теплоемкость водяного пара при tХВ | Из таблицы приложения 3, по | 1,4987 | ||||
Теплоемкость водяного пара tГВ | Из таблицы приложения 3, по | 1,5163 | ||||
Тепло, содержащееся во влажном холодном воздухе на входе в воздухоподогреватель | 643,5 | |||||
Тепло, внесенное влажным подогретым воздухом в топку | 2667,7 | |||||
Тепло, полученное воздухом в воздухоподогревателе | ; | 2024,2 | ||||
Температура холодного топлива перед топливоподогревателем | Принимаем равной в пределах 20−50 | |||||
Температура подогретого топлива поступающего к форсункам (в топку) | По рекомендации для данной марки топлива | |||||
Теплоемкость холодного топлива | 1,8129 | |||||
Теплоемкость подогретого топлива | 1,9887 | |||||
Тепло, содержащееся в холодном топливе на входе в топливоподогреватель (физическое тепло холодного топлива) | 54,4 | |||||
Тепло, внесенное 1 кг подогретого топлива в топку (физическое тепло подогретого топлива) | 198,9 | |||||
Тепло, полученное топливом в топливоподогревателе | ; | 144,5 | ||||
Располагаемое тепло на 1 кг топлива | 39 021,5 | |||||
Потеря тепла от химического недожога (в процентах от) | % | Выбираем в пределах 0,2 — 0,8% | 0,50 | |||
Потеря тепла в окружающую среду | % | Выбираем в пределах 0,5 — 2% | 1,20 | |||
Энтальпия уходящих газов | По диаграмме It, по | |||||
Температура уходящих газов | По заданию | |||||
Потеря тепла с уходящими газами | % | 5,8 | ||||
КПД парогенератора | % | 92,5 | ||||
Коэффициент сохранения тепла | ; | 0,988 | ||||
Полное тепловыделение в топке (с учетом тепла полученного воздухом и топливом от окружающей среды) | 41 548,5 | |||||
Адиабатная температура в топке | По диаграмме It, по | |||||
Давление питательной воды на входе в экономайзер | 4,88 | |||||
Температура питательной воды на входе в экономайзер | По заданию | |||||
Энтальпия питательной воды | По таблицам водяного пара по и | 699,0 | ||||
Давление насыщенного пара | По заданию | 4,21 | ||||
Теплота парообразования | По таблицам водяного пара по | 1695,0 | ||||
Степень сухости насыщенного пара | ; | Принимаем | 0,980 | |||
Энтальпия кипящей воды в паровом котле | По таблицам водяного пара по | |||||
Энтальпия влажного насыщенного пара на входе в пароперегреватель | 2764,1 | |||||
Полная паропроизво; дительность парового котла (по насыщенному пару) | По заданию | 6,30 | ||||
Количество перегретого пара в первичном (основном) пароперегревателе | По заданию | 6,30 | ||||
Давление перегретого пара на выходе из пароперегревателя | По заданию | 4,00 | ||||
Температура перегретого пара | По заданию | |||||
Энтальпия перегретого пара | По таблицам водяного пара по и | 3364,0 | ||||
Расчетный расход топлива | 0,4652 | |||||
Таблица 5 Расчет теплообмена в топке
№ | Определяемая величина | Обозначение | Размерность | Расчетная формула или способ определения | Результат расчета | |
Средний условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающих поверхность топочных экранов | ; | Принимаем для гладкотрубных, неошипованных экранов | 0,65 | |||
Давление газов в топке и в пределах газохода котла | Принимаем | 0,1 | ||||
Парциальное давление трехатомных газов | 0,0223 | |||||
Ориентировочная температура газов на выходе из топки (перед первым пучком трубок, перед фестоном) | Принимаем предварительно в пределах 950 — 1400 | |||||
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами с учетом относительной доли трехатомных газов | 1,3277 | |||||
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами | 4,3117 | |||||
Степень черноты факела, условно-состоящего только из святящегося пламени | ; | 0,5939 | ||||
Степень черноты факела, условно состоящего только из несветящихся трехатомных газов | ; | 0,1912 | ||||
Относительная доля светящихся трехатомных газов в факеле (для топок с мазутным отоплением) | ; | 0,8434 908,4802 | ||||
Эффективная степень черноты факела | ; | 0,5329 | ||||
Степень черноты экранированных камерных топок | ; | 0,7309 | ||||
Теплосодержание (энтальпия) газов на выходе из топки (за топкой) | По диаграмме It по | |||||
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг топлива | 19,4311 | |||||
Критерий Больцмана | ; | 0,7838 | ||||
Среднее расстояние от пода до оси форсунок | м | По эскизу топки прототипа заданного котла | ||||
Расстояние от пода до топки до геометрического центра выходного окна газов | м | По эскизу топки прототипа заданного котла | 2,4 | |||
Относительный уровень расположения форсунок | ; | 0,4167 | ||||
Относительное расположение максимума температуры пламени по высоте топки | ; | 0,4167 | ||||
Параметр, зависящий от относительного положения максимума температуры пламени по высоте топки | ; | 0,54 — 0,2 | 0,4567 | |||
Температура газов на выходе из топки (перед первым притопочным пучком, фестоном) | ||||||
Энтальпия газов на выходе из топки | По диаграмме It по | |||||
Количество тепла, отданного газами в топке | кВт | 5492,2 | ||||
Таблица6. Расчет теплообмена в притопочном испарительном пучке трубок
№ | Определяемая величина | Обозначение | Размерность | Расчетная формула или способ определения | Результат расчета | |||
Температура и энтальпия газов за пучком | єС кДж/кг | Принимаются ориентировочно три значения температуры. Из диаграммы, по | 17 495,26 | 19 910,15 | 22 361,77 | |||
Средняя температура газов в пучке | єС К | 1012,2 1285,2 | 1062,2 1335,2 | 1112,2 1385,2 | ||||
Средняя скорость газов в пучке | м/с | 7,87 | 8,18 | 8,48 | ||||
Количество тепла отданного газами в первом пучке при принятых температурах | кВт | 5564,0 | 4454,0 | 3327,1 | ||||
Коэффициент теплопроводности газов среднего состава | Из таблиц приложения 4, по | 0,116 | 0,121 | 0,124 | ||||
Поправка к коэффициенту на действительный состав газов | ; | По графику приложения 2, по и | ||||||
Коэффициент теплопроводности для действительного состава газов | 0,116 | 0,121 | 0,124 | |||||
Коэффициент кинематической вязкости для среднего состава газов | м2/с | Из таблиц приложения 4, по | 0,18 | 0,195 | 0,205 | |||
Поправка к коэффициенту на действительный состав газов | ; | По графику приложения 2, по и | ||||||
Коэффициент кинематической вязкости для действительного состава газов | м2/с | 0,18 | 0,195 | 0,205 | ||||
Критерий Прандтля для среднего состава газов | ; | Из таблиц приложения 4, по | 0,58 | 0,57 | 0,56 | |||
Поправка к критерию Прандтля на действительный состав газов | ; | По графику приложения 2, по и | 0,98 | 0,98 | 0,98 | |||
Критерий Прандтля для действительного состава газов | ; | 0,5684 | 0,5586 | 0,5488 | ||||
Критерий Рейнольдса для действительного состава газов | ; | 1989,1598 | 1907,584 | 1882,4833 | ||||
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к наружной поверхности слоя, загрязняющего трубки | 0,6 037 | 0,6 106 | 0,6 172 | |||||
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами | Ч Ч | 7,4577 | 7,1947 | 6,9316 | ||||
Степень черноты газового потока | ; | 0,0695 | 0,0671 | 0,0647 | ||||
Температура кипения воды в котле | єС | Из таблиц водяного пара по (см. приложение 5) | ||||||
Коэффициент загрязнения (термическое сопротивление), учитывающий сопротивление накипи, металла трубок и отложений со стороны газов | 8,951 | 8,826 | 8,704 | |||||
Температура наружной поверхности слоя, загрязняющего стенки трубок со стороны газов | єС К | 841,4 1114,4 | 717,4 990,4 | 595,1 868,1 | ||||
Степень черноты наружной поверхности слоя, загрязняющего стенки трубок со стороны газов | ; | Принимается по опытным данным | 0,8 | |||||
Приведенная степень черноты теплообменивающихся сред | ; | 0,0625 | 0,0604 | 0,0583 | ||||
Отношение температур (безразмерная температура) | ; | 0,8671 | 0,7418 | 0,6267 | ||||
Коэффициент теплоотдачи излучением от газов к наружной поверхности слоя, загрязняющего трубки с газовой стороны | 0,0227 | 0,0208 | 0,0191 | |||||
Коэффициент теплопередачи от газов к пароводяной смеси | 0,0477 | 0,0475 | 0,0475 | |||||
Температурный напор между теплообменивающимися средами | єC | 957,9 | 1107,5 | 1332,9 | ||||
Количество тепла, предаваемого от газов к пароводяной смеси | кВт | 3864,1 | 4455,5 | 5355,1 | ||||
Расчетное количество тепла, передаваемое (газами пароводяной смеси) в первом пучке | кВт | Графическим решением уравнений для и | ||||||
Расчетная (действительная) температура и энтальпия газов за пучком | єC K | Графическим решением уравнений для и По диаграмме, по | ||||||
Проверка точности графического решения уравнений | кВт % | 4297,8 7,3939 | ||||||
Расчетная (средняя) температура газов (в пределах пучка) | єС | 1072,2 | ||||||
Расчетный (средний) температурный напор (в пределах пучка) | єС | 809,6 | ||||||
Расчетный (средний) коэффициент теплопередачи от газов к пароводяной смеси (в пределах пучка) | 0,0581 | |||||||
таблица7 Расчёт пароперегревателя
№ п/п | Определяемая величина | Обозначение | Размерность | Расчётная формула или способ определения | Результат расчёта | |
Удельный объём пара: насыщенного перегретого средний | Из таблиц водяного пара, по (см. приложение 5) Из таблиц водяного пара, по и (см. приложение 6) | 0,047 0,0777 0,0624 | ||||
Количество тепла, необходимое для перегрева пара до заданной температуры | 3779,4 | |||||
Энтальпия газов за пароперегревателем | 12 027,8 | |||||
Температура пара за пароперегревателем | Из диаграммы I—t, по | |||||
Средняя температура газов в пределах пароперегревателя | ||||||
Средняя скорость газового потока в пределах пароперегревателя | 5,73 | |||||
Коэффициент теплопроводности газов среднего состава (см. примечание к п. 5 расчёта первого пучка) | Из таблиц приложения 4, по | 0,742 | ||||
Поправка к коэффициенту на действительный состав газов | ; | По графику приложения 2, по и | ||||
Коэффициент теплопроводности для действительного состава газов | 0,742 | |||||
Коэффициент кинематической вязкости для среднего состава газов | Из таблиц приложения 4, по | 0,894 | ||||
Поправка к коэффициенту на действительный состав газов | ; | По графику приложения 2, по и | ||||
Коэффициент кинематической вязкости для действительного состава газов | 0,894 | |||||
Критерий Прандтля для среднего состава газов | ; | Из таблиц приложения 4, по | 0,61 | |||
Поправка к критерию Прандтля на действительный состав газов | ; | По графику приложения 2, по | ||||
Критерий Прандтля для действительного состава газов | Pr | ; | 0,61 | |||
Критерий Рейнольдса для действительного состава газов | Re | ; | 1603,32 | |||
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к наружной поверхности слоя, загрязняющего трубки с газовой стороны | Для шахматного расположения трубок | 0,0699 | ||||
Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами | 8,031 | |||||
Степень черноты газового потока | ; | 0,0400 | ||||
Температура насыщенного пара, поступающего в пароперегреватель | Определяется по таблицам водяного пара (см. приложение 5) по давлению насыщенного пара на входе в пароперегреватель : | |||||
Средняя температура пара в пароперегревателе | ||||||
Ориентировочная температура наружной поверхности слоя отложений со стороны газов | ||||||
Степень черноты наружной поверхности слоя отложений со стороны газов | ; | Принимается по опытным данным. Для котлов работающих на мазуте, | 0,8 | |||
Приведённая степень черноты теплообменивающих сред | ; | 0,0360 | ||||
Отношение температур (безразмерная температура) | ; | 0,7522 | ||||
Коэффициент теплоотдачи излучением от газов к наружной поверхности слоя отложений со стороны газов | 0,0055 | |||||
Глубина (по ходу газов) рассчитываемого пучка трубок пароперегревателя | По эскизу, как расстояние между плоскостями, проходящими через оси крайних трубок пароперегревателя (по ходу газов) | 0,72 | ||||
Глубина (по ходу газов) газового объёма перед пароперегревателем | По эскизу, как расстояние между плоскостью, проходящей через оси крайних трубок первого пучка (со сторону пароперегревателя), и плоскостью, проходящей через оси крайних трубок пароперегревателя со стороны первого пучка | 0,1 | ||||
Глубина (по ходу газов) газового объёма внутри пароперегревателя (пазухи либо между секциями) | По эскизу, как расстояние между плоскостями, проходящими через оси трубок крайних (внутренних) рядов секций либо петель | 0,4 | ||||
Температура газов в газовом объёме перед пароперегревателем | ||||||
Температура газов в газовом объёме между секциями либо в пазухе пароперегревателя | ||||||
Поправка на излучение газовой камеры, расположенной перед пароперегревателем | ; | 1,2731 | ||||
Поправка на излучение газовой камеры, находящейся между секциями пароперегревателя (пазухи) | ; | 1,2888 | ||||
Коэффициент теплоотдачи с учётом излучения газовых камер | 0,0090 | |||||
Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности слоя отложений со стороны газов | 0,0788 | |||||
Средняя скорость пара в трубках пароперегревателя | Выбирается в пределах 15…30 м/с | |||||
Коэффициент теплопроводности пара | Из таблиц приложения 7, по и | 0,553 4,105 | ||||
Коэффициент динамической вязкости пара | Из таблиц приложения 8, по и | 0,2 275 | ||||
Коэффициент кинематической вязкости пара | 1,41846E-06 | |||||
Критерий Прандтля для пара | ; | Из таблиц приложения 9, по и | 1,01 | |||
Внутренний диаметр трубок пароперегревателя | По эскизу заданного (рассчитываемого) пароперегревателя (см. табл. 1.2) | 0.02 | ||||
Критерий Рейнольдса для пара | ; | 352 494,338 | ||||
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от стенок трубок к пару | 1,8368 | |||||
Коэффициент термического сопротивления: отложений со стороны газов, металла и со стороны пара | 3,4402 | |||||
Коэффициент теплопередачи от газов к пару | 0,06 | |||||
Большая разность температур теплообменивающихся сред | для петлевого пароперегревателя | |||||
Меньшая разность температур теплообменивающихся сред | для петлевого пароперегревателя | |||||
Температурный напор между теплообменивающимися средами | 350,7 | |||||
Необходимая (для перегрева пара до заданной температуры) поверхность пароперегревателя | 179,56 | |||||
Действительная (приданной площади) температура наружной поверхности слоя, загрязняющего трубу со стороны газов | 442,9 | |||||
Общее количество трубок пароперегревателя | ; | |||||
Количество рядов трубок пароперегревателя | ; | 4,5 | ||||
Если пароперегреватель петлевой, то количество рядов петель пароперегревателя | ; | 2,2 | ||||
Количество трубок (петель), соединённых параллельно в одну группу, для получения принятой скорости пара | ; | 55,0 | ||||
Таблица 8 Расчет теплообмена во втором испарительном пучке трубок
№ | Определяемая величина | Обозначение | Размерность | Расчетная формула или способ определения | Результат расчета | |||
Температура и энтальпия газов за пучком | єС кДж/кг | Принимаются ориентировочно три значения температуры. Из диаграммы, по | ||||||
Средняя температура газов в пучке | єС К | |||||||
Средняя скорость газов в пучке | м/с | 7,3 | 7,8 | 8,4 | ||||
Количество тепла отданного газами в первом пучке при принятых температурах | кВт | 3026,8 | 2149,3 | 1248,4 | ||||
Коэффициент теплопроводности газов среднего состава | Из таблиц приложения 4, по | 0,595 | 0,61 | 0,67 | ||||
Поправка к коэффициенту на действительный состав газов | ; | По графику приложения 2, по и | ||||||
Коэффициент теплопроводности для действительного состава газов | 0,595 | 0,61 | 0,67 | |||||
Коэффициент кинематической вязкости для среднего состава газов | м2/с | Из таблиц приложения 4, по | 0,63 | 0,69 | 0,77 | |||
Поправка к коэффициенту на действительный состав газов | ; | По графику приложения 2, по и | ||||||
Коэффициент кинематической вязкости для действительного состава газов | м2/с | 0,63 | 0,69 | 0,77 | ||||
Критерий Прандтля для среднего состава газов | ; | Из таблиц приложения 4, по | 0,635 | 0,625 | 0,618 | |||
Поправка к критерию Прандтля на действительный состав газов | ; | По графику приложения 2, по и | 0,98 | 0,98 | 0,98 | |||
Критерий Прандтля для действительного состава газов | ; | 0,6223 | 0,6125 | 0,6056 | ||||
Критерий Рейнольдса для действительного состава газов | ; | 3368,0 | 3293,9 | 3147,7 | ||||
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к наружной поверхности слоя, загрязняющего трубки | 0,732 399 | 0,73 703 | 0,78 484 | |||||
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами | Ч Ч | 11,05 | 10,77 | 10,49 | ||||
Степень черноты газового потока | ; | 0,0923 | 0,0901 | 0,0879 | ||||
Температура кипения воды в котле | єС | Из таблиц водяного пара по (см. приложение 5) | ||||||
Коэффициент загрязнения (термическое сопротивление), учитывающий сопротивление накипи, металла трубок и отложений со стороны газов | 9,182 | 8,965 | 8,753 | |||||
Температура наружной поверхности слоя, загрязняющего стенки трубок со стороны газов | єС К | 369,7 642,7 | 333,9 606,9 | 298,9 571,9 | ||||
Степень черноты наружной поверхности слоя, загрязняющего стенки трубок со стороны газов | ; | Принимается по опытным данным | 0,8 | |||||
Приведенная степень черноты теплообменивающихся сред | ; | 0,0831 | 0,0811 | 0,0791 | ||||
Отношение температур (безразмерная температура) | ; | 0,9143 | 0,8060 | 0,7122 | ||||
Коэффициент теплоотдачи излучением от газов к наружной поверхности слоя, загрязняющего трубки с газовой стороны | 0,0053 | 0,0055 | 0,0057 | |||||
Коэффициент теплопередачи от газов к пароводяной смеси | 0,0456 | 0,0463 | 0,0485 | |||||
Температурный напор между теплообменивающимися средами | єC | 138,5 | 217,3 | 275,9 | ||||
Количество тепла, предаваемого от газов к пароводяной смеси | кВт | 1504,9 | 2395,6 | 3184,2 | ||||
Расчетное количество тепла, передаваемое (газами пароводяной смеси) в первом пучке | кВт | Графическим решением уравнений для и | ||||||
Расчетная (действительная) температура и энтальпия газов за пучком | єC K | Графическим решением уравнений для и По диаграмме, по | ||||||
Проверка точности графического решения уравнений | кВт % | 2242,1 20,2 | ||||||
Расчетная (средняя) температура газов (в пределах пучка) | єС | |||||||
Расчетный (средний) температурный напор (в пределах пучка) | єС | 174,5 | ||||||
Расчетный (средний) коэффициент теплопередачи от газов к пароводяной смеси (в пределах пучка) | 0.0431 | |||||||
Таблица 9 Расчет экономайзера
№ п/п | Определяемая величина | Обозначение | Размерность | Расчётная формула или способ определения | Результат Расчета | |
Энтальпия и температура газов за экономайзером | Если экономайзер является последним элементом котла, то Из диаграммы, по | 5198,8 | ||||
Количество тепла, на восприятие которого должен быть рассчитан экономайзер | 896,9 | |||||
Средняя температура газов в пределах экономайзера | ||||||
Средняя скорость газов в пределах экономайзера | м/с | 13,1 | ||||
Коэффициент теплопроводности газов среднего состава (см. примечание к п. 5 расчета первого пучка) | Из таблиц приложения 4, по | 0,445 | ||||
Поправка к коэффициенту на действительный состав газов | ; | По графику приложения 2, по и | ||||
Коэффициент теплопроводности для действительного состава газов | 0,445 | |||||
Коэффициент кинематической вязкости для среднего состава газов | Из таблиц приложения 4, по | 0,382 | ||||
Поправка к коэффициенту на действительный состав газов | ; | По графику приложения 2, по и | ||||
Коэффициент кинематической вязкости для действительного состава газов | 0,382 | |||||
Критерий Рейнольдса для действительного состава газов | Re | ; | 9919,6 | |||
Критерий Прандтля для среднего состава газов | ; | Из таблиц приложения 4, по | 0,659 | |||
Поправка к критерию Прандтля на действительный состав газов | ; | По графику приложения 2, по | 1,02 | |||
Критерий Прандтля для действительного состава газов | Pr | ; | 0,672 | |||
Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к наружной поверхности слоя, загрязняющего трубки с газовой стороны | Для шахматного расположения трубок | 0,0352 | ||||
Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами | 15,577 | |||||
Степень черноты газового потока | ; | 0,0755 | ||||
Энтальпия и температура воды на выходе из экономайзера | По таблицам водяного пара, по и | 841,36 | ||||
Средняя температура воды в экономайзере | ||||||
Коэффициент термического сопротивления с учётом загрязнения | 3,970 | |||||
Температура наружной поверхности слоя, загрязняющего трубки со стороны газов | 207,3 480,3 | |||||
Степень черноты наружной поверхности слоя отложений со стороны газов | ; | Принимается по опытным данным. | 0.8 | |||
Приведенная степень черноты теплообменивающихся сред | ; | 0,0680 | ||||
Отношение температур (безразмерная температура) | ; | 0,8382 | ||||
Коэффициент теплоотдачи излучением от газов к наружной поверхности слоя отложений со стороны газов | 0,0021 | |||||
Коэффициент теплопередачи от газов к воде | 0,0325 | |||||
Большая разность температур теплообменивающихся сред | Определение большей и меньшей разностей температур теплообменивающихся сред змеевикового экономайзера см. в описании расчёта пароперегревателя с. 17, либо в работе (1), с. 50, рис. 7−1, г, либо в приложении 11 | |||||
Меньшая разность температур теплообменивающихся сред | См. выше | |||||
Температурный напор между теплообменивающимися средами | 105,6 | |||||
Необходимая (для нагрева питательной воды до температуры) поверхность экономайзера | 261,42 | |||||
Действительная температура наружной поверхности слоя, загрязняющего трубки со стороны газов | 197,4 | |||||
Общее количество трубок экономайзера | ; | 990,0 | ||||
; | 23,0 | |||||
Таблица 10 Тепловой баланс по результатам расчета. Сравнение результатов расчета с результатами расчета таблицы 4
№ п/п | Определяемая величина | Обозначение | Размерность | Расчётная формула или способ определения | Результат Расчета | |
Мощность теплового потока в топке | кВт | с. 15, п.22 | 5492,2 | |||
Мощность теплового потока в первом испарительном пучке | кВт | с. 17, п.28 | ||||
Мощность теплового потока в пароперегревателе | кВт | с. 19, п.2 | 3779,4 | |||
Мощность теплового потока во втором испарительном пучке | кВт | с. 24, п.28 | ||||
Мощность теплового потока в экономайзере | кВт | с. 24, п.2 | 896,9 | |||
Суммарная мощность теплового потока, воспринятого всеми поверхностями нагрева котла | кВт | ++++ | 16 880,2 | |||
Паропроизводительность котла | кг/с | 5,98 | ||||
КПД котла | % | 87,8 | ||||
Расхождение в паропроизводительности | % | 5,07 | ||||
Расхождение в КПД котла | % | |||||
Мощность теплового потока, теряемого в окружающую среду (через стенки — обшивку котла) | кВт | 217,9 | ||||
Мощность теплового потока, теряемого с уходящими газами | кВт | 1056,1 | ||||
Недоиспользованная тепловая мощность в результате химического недожога | кВт | 90,8 | ||||
Суммарная тепловая мощность, неиспользуемая (теряемая) в котле | кВт | ++ | 1364,8 | |||
Экономические показатели котла. Расчет стоимости пара производимого котельной установкой
Стоимость 1 т пара, производимого котлом, определяют капитальные затраты и эксплуатационные расходы, переносимые на единицу продукции:
— доля капитальных затрат;
— доля эксплуатационных расходов.
— годовые амортизационные отчисления, которые установлены для котлов танкеров в размере 7,5%;
— число часов работы котла в год при паропроизводительности .
Ориентировочно годовая выработка пара при определенной паропроизводительности:
для двухкотельной установки
т/ч
— коэффициент нагрузки котла в % от номинальной;
— коэффициент, учитывающий продолжительность работы котла при определенной нагрузке в % от эксплуатационного периода.
номинальный режим %, %;
стояночный режим с грузовыми операциями %, %;
стояночный режим без грузовых операций %, %;
нахождение в холодном резерве %, %.
— стоимость котла;
— стоимость 1 м2 поверхности нагрева (? 100 у.е./ м2);
— поверхность нагрева котла (? 1280 м2).
(у.е.)
— стоимость вспомогательного оборудования.
(у.е.)
(у.е./т)
— годовые затраты на необходимые материалы и изделия;
— стоимость 1 т топлива (? 100 у.е./т);
— расход топлива (? 2,41 т/ч);
— мощность всего вспомогательного оборудования (? 70 кВт);
— стоимость 1 кВт· ч электроэнергии (? 0,02 у.е./кВт· ч);
— число членов команды, обслуживающих котельную установку (? 4 чел.);
— расходы на содержание одного члена экипажа (? 5 у.е.).
(у.е.)
(у.е./т)
(у.е./т)
Вывод
котел паровой экономайзер тепловой
В процессе выполнения курсового проекта рассчитаны поверхности нагрева пароперегревателя (179,56 м2) и экономайзера (261,42 м2). Проанализировав удельный вес каждого составляющего затрат на ремонт и эксплуатацию котла можно предпринять следующие меры к их уменьшению:
уменьшить количество обслуживающего персонала (автоматизация);
уменьшить бункеровочные расходы (15%);
добиваться увеличения работы котла на номинальной нагрузке;
уменьшить затраты на ремонт путем регулярного проведения профилактических работ.
Список используемой литературы
Кузнецова И.В. и др. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. № М.: Энергия, 1973.
Ривкин С.Л., Александров А. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. — Л.: Судостроение, 1980.
Федоренко В.М. и др. Эксплуатация судовых котельных установок. — М.: Транспорт, 1991.
Котелко В.Ю. и др. Тепловой расчет судовых паровых котлов. — М.: Мортехинформреклама, 1983, 1992.
Енин В. И. Атлас котельных агрегатов морских судов.
Дементьев И.С. и др. Проектирование судовых парогенераторов. 1986.
Хряченков А. С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. 1988.