Поверочный расчет котла-утилизатора

 

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уральский Федеральный Университет им. первого Президента

России Б.Н.Ельцина

Кафедра теплоэнергетики и теплотехники

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине:

«Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях»

На тему: «ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА»

 

 

 

 

 

 

 

Студент:                                                                 Груздева Е.В.

Группа:                                                                   Эн-420902

Преподаватель:                                                      Мунц В.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2015

 

 

Содержание

 

Характеристика котла В-90Б                                                              стр. 3

Задание на проектирование                                                                стр. 4

        Тепловой расчет котла-утилизатора 

            - Тепловой баланс и паропроизводительность  котла                  стр. 5

            - Расчет испарителя                                                                         стр. 5

            - Зависимость I=I(t) для газов                                                        стр. 6

        Список литературы                                                                             стр. 9

                                      

 

ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА В-90Б.

Котел-утилизатор В-90Б предназначенный для охлаждения конвертированных газов и производства насыщенного пара паропроизводительностью 5 т/ч и давлением 0,8 МПа и температурой 170ºС для технологических и бытовых нужд предприятия.

Котел-утилизатор-газотрубный, с естественной циркуляцией, вертикальный, с вынесенным паросборником. Котел может устанавливаться в закрытом и открытом помещениях с температурой наружного воздуха до -35°С.

Испарительная часть представляет собой барабан с внутренним диаметром-1560 мм и толщиной стенки-20мм, с плоскими отбортованными днищами и приваренными к ним испарительными трубами. Барабан устанавливается под углом 10° относительно вертикальной оси для улучшения естественной циркуляции и необходимого парового объема над уровнем воды в барабане и поддержания малой влажности пара. Для подвода и отвода газов предусмотрены газовые патрубки, приваренные к верхнему и нижнему днищам барабана. Газ проходит по 99 дымогарным трубам диаметром 83×3,5мм (сталь 20К). Подвод газов нижний, через входную газовую камеру. Трубы испарительного барабана крепятся в трубных досках путем их развальцовки в них. К концам дымогарных труб установлены специальные колпаки в виде расширяющегося диффузора, которые увеличивают срок службы испарительного барабана и входной кромки труб из-за интенсивного пылеуноса.  Сепарационное устройство в виде дырчатых листов и отражателя расположено в барабане. Паросборник внутренним диаметром 1200 мм с толщиной стенки 13мм установлен на двух опорах (подвижной и не подвижной), приваренных к вертикальной обечайке барабана. Питательная вода с температурой 105ºС  поступает в верхний барабан, а из него по двум опускным трубам-в испарительный барабан. Пароводяная смесь по трубам направляется в сепарационный барабан. При установке котлы опираются на четыре опоры, приваренные к барабану в его нижней части.

Для обслуживания котел-утилизатор оснащен помостами и лестницами,контрольно-измерительными приборами, необходимой арматурой и трубопроводами в пределах котла.

Котел-утилизатор поставляется транспортабельными блоками: два барабана с испарительной поверхностью, барабан-паросборник с сепарационным устройством, кронштейны, опоры, трубопровод в пределах котла, арматура.

Вертикальные газотрубные котлы не получили широкого применения в промышленности из-за известных конструктивных и эксплуатационных недостатков: возможности запаривания верхних плоских днищ, ненадежного крепления труб в трубных досках, невозможности обеспечения стабильного охлаждения трубных досок и др.

 

 

РАСЧЕТ КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА

Задание на проектирование

Провести тепловой и конструктивный расчет котла-утилизатора    В-90Б при следующих исходных данных: расход газов через котел-утилизатор G0=25000 м3/ч; давление пара Рпп=0,8МПа; температура пара tпп=tнас°С; температура газов перед котлом t¢=850°С; температура питательной воды tпв=110°С. Газы имеют следующий состав: С02=12%, N2=66%, O2=2%, H2O=20%.

 

 

Тепловой расчет котла-утилизатора

 

 

№ п/п		Параметр	Формула или рекомендация		Расчет
1		2	3		4
1		Теплоемкость газов на входе в котел	сp = ∑ сp,i ·ri		1,4574×0,02+1,3785×0,66++2,1592×0,12+1,6821×0,20=1,798 кДж/(м3·К)
2		Задаемся температурой газов на выходе из котла			560ºС
3		Теплоемкость газов на выходе из котла	сp = ∑ сp,i ·ri		1,4064×0,02+1,3392×0,66+2,0231×0,12+1,6019×0,2=1,475 кДж/(м3·К)
4		Энтальпия газов при входе в котел			1,798×850=1528,3 кДж/м3
5		Энтальпия газов на выходе из котла			1,475×560=826 кДж/м3
6		Энтальпия насыщенного пара	По таблице свойства воды и водяного пара		2767,5 кДж/кг
7		Давление пара в барабане	Рб=DР		0,8 Мпа
8		Температура пара в барабане	ts по таблице свойства воды и водяного пара		170,4 ºС
9		Энтальпия пара в барабане	i² по таблице свойства воды и водяного пара		2767,5 кДж/кг
10		Энтальпия кипящей воды в барабане	i¢ по таблице свойства воды и водяного пара		720,9 кДж/кг
11		Энтальпия питательной воды	iпв = 4,19tпв		4,19×110=460,9 кДж/кг
12		Расход дымовых газов	G0		25000/3600=6,95 м3/с
Тепловой баланс и паропроизводительность котла
13		Коэффициент сохранения тепла	φ, принимаем значение			0,98
14		Теплота, отданная дымовыми газами				0,98×6,95×(1528,3-826)= =4783,365 кВт
15		Расход продувочной воды из барабана				=7,4 = =0,37
16		Паропроизводительность	/			4783,365/[(2767,5-460,9)+0,05´ ´(720,9-460,9)]=2,06 кг/с= =7,4 т/ч
Расчет испарителя
17	Температура газов за испарителем			Принимаем значение			560°C
18	Энтальпия газов за испарителем			По Iг-tг диаграмме			826 кДж/м3
20	Средний температурный напор						[(850-170,4)-(560-110)]/ln[(850-170,4)/ /(560-110)]=557 ºC
21	Средняя температура газов						(850+560)/2=705 ºС
22	Живое сечение для прохода газов			По конструктивным характеристикам			0,785∙99∙762∙10-6=0,45 м2
23	Скорость прохода газов						6,95/0,898×(705+273)/ 273 = 27,73 м/с
24	Коэффициент теплоотдачи			a1 – по номограмме 13 [1]			71,2×1×1,1=78,35                 Вт/ (м2·К)
25	Коэффициент использования			Принимаем			0,8×78,35=62,68 Вт/ (м2·К)
26	Тепловосприятие испарителя						62,68×90×557×10-3=3142,401 кВт
27	Невязка тепловосприятий						(3170,521-3142,401)/ /3170,521 ´ ´100=0,9%
Расчет закончен

 

 

 

 

 

Рис. 4. Коэффициент теплоотдачи конвекцией при продольном омывании дымовых газов

 

Рис.4а. Поправочные коэффициенты для расчета коэффициента теплоотдачи к рис. 4

 

 

 

Список литературы:

1. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты / А.П. Воинов, В.А. Зайцев, Л.И. Куперман, Л.Н. Сидельковский . М.: Энергоатомиздат, 1989. 272 с.
2. Воинов А.П., Куперман Л.И., Сушон С.П. Паровые котлы на отходящих газах. Киев: Вища школа, 1983. 176 с.
3. Котлы-утилизаторы и котлы энерготехнологические (отраслевой каталог) / НИИИНФОРМЭНЕРГОМАШ. М., 1985. 84 с.
4. Газотрубные котлы-утилизаторы и энерготехнологические котлы / НИИЭкономики. М., 1986. 41 с.

5.Поверочный расчет котлов-утилизаторов: Методическое руководство к курсовой работе по дисциплинам «Вторичные энергоресурсы», «Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях» / В.А. Мунц, Е.Ю. Павлюк. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. 30 с.