Тепловой расчет котла КВГМ-30-150

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание  котла КВ-ГМ-30-150

 

1. Технические характеристики котла КВ-ГМ-30-150

 

Котел КВ-ГМ-30-150 предназначен для установки в отопительных и промышленно-отопительных котельных в качестве основного источника теплоснабжения.

Конструкция котлоагрегата  разработана с учетом максимальной степени заводской блочности и унификации деталей, элементов и узлов котлоагрегатов, работающих на различных видах топлива.

Котлы КВ-ГМ-30-150, выполненные  по П-образной схеме, эксплуатируются, и выпуск их продолжается на Дорогобужском котельном заводе. Котел КВ-ГМ-30-150 поставляется заводом только для работы в основном отопительном режиме (вход воды осуществляется в нижний коллектор заднего топочного экрана, выход воды - из нижнего коллектора фронтового экрана).

Топочная камера имеет  горизонтальную компоновку. Конфигурация камеры в поперечном разрезе повторяет  профиль железнодорожного габарита. Конвективная поверхность нагрева расположена в вертикальной шахте с подъемным движением газов.

Котел КВ-ГМ-30-150 предназначен для сжигания газа и мазута. На фронтовой  стенке котла установлена одна газомазутная горелка с ротационной форсункой. Для удаления наружных отложений с конвективных поверхностей котел снабжен дробеочисткой.

Схема циркуляции: последовательное движение воды по поверхностям нагрева, вход - в нижний коллектор заднего топочного экрана, выход - из нижнего коллектора фронтового экрана.

Обмуровка надтрубная, несущего каркаса нет. Топочный и конвективный блоки имеют опоры, приваренные к нижним коллекторам котлоагрегата. Опоры на стыке топочного и конвективного блоков неподвижные.

Габаритные размеры  котла: длина - 11800 мм, ширина - 3200 мм, высота - 7300 мм.

Таблица 1.1.1 Технические характеристики котла КВ-ГМ-30-150

Наименование величины	Единица измерения	Значение
Номинальная теплопроизводительность	Гкал/час	30
Расход воды	т/час	370
Расход топлива:
газ	м3/час	3680
мазут	кг/час	3490
Температура уходящих газов
газ	°С	160
мазут	°С	250
КПД при номинальной  нагрузке
на газе	%	91,2
на мазуте	%	87,7
Гидравлическое сопротивление  котла	кгс/м2	19000
Давление воды расчетное	кгс/см2	25
Видимое теплонапряжение  топочного объема
газ	ккал/м3 час	551´103
Мазут	ккал/м3 час	480´103

 

 

 

2. Конструктивные характеристики котла

 

Топочная камера полностью  экранирована трубами диаметром 60´3 мм с шагом 64 мм. Экранные трубы привариваются непосредственно к камерам диаметром 219´10 мм. В задней части топочной камеры имеется промежуточная экранированная стенка, образующая камеру догорания. Экраны промежуточной стенки выполнены также из труб диаметром 60´3 мм, но установлены в два ряда с шагом S₁ = 128 мм и S₂ = 182 мм.

Конвективная поверхность  нагрева расположена в вертикальной шахте с полностью экранированными стенками. Задняя и передняя стены выполнены из труб диаметром 60´3 мм с шагом 64 мм.

Боковые стены экранированы вертикальными трубами диаметром 83´3,5 мм с шагом 128 мм. Эти трубы служат также стояками для труб конвективных пакетов, которые набираются из U-образных ширм из труб диаметром 28´3 мм.

Ширмы расставлены таким  образом, что трубы образуют шахматный  пучок с шагом S₁ = 64 мм и S₂ = 40 мм.

Передняя стена шахты, являющаяся одновременно задней стеной топки, выполнена цельносварной. В нижней части стены трубы разведены в четырехрядный фестон с шагом S₁ = 256 мм и S₂ = 180 мм.

Трубы, образующие переднюю, боковые и заднюю стены конвективной шахты, вварены непосредственно в камеры диаметром 219´10 мм.

 

Таблица 1.2.1. Конструктивные характеристики котла КВ-ГМ-30-150

Наименование величины	Единица измерения	Значение
Глубина топочной камеры	мм	8484
Ширина топочной камеры	мм	2880
Глубина конвективной шахты	мм	2300
Ширина конвективной шахты	мм	2880
Ширина по обмуровке	мм	3200
Длина по обмуровке (с  горелкой)	мм	11800
Высота от уровня пола до верха обмуровки (оси коллектора)	мм	6680
Радиационная поверхность  нагрева	м2	126,9
Конвективная поверхность  нагрева	м2	592,6
Полная площадь поверхности  нагрева	м2	719,5
Масса в объеме поставки	кг	32400

 

3. Топочное устройство котла КВ-ГМ-30-150

 

Котел снабжен газомазутной ротационной горелкой РГМГ-30. К достоинствам ротационных форсунок можно отнести бесшумность в работе, широкий диапазон регулирования, а также экономичность их эксплуатации, так как расход энергии на распыливание значительно ниже, чем при механическом, паровом или воздушном распыливании.

Основными узлам горелочного  устройства являются: ротационная форсунка, газовая часть периферийного типа, воздухонаправляющее устройство вторичного воздуха и воздуховод первичного воздуха.

Ротор форсунки представляет собой полый вал, на котором закреплены гайки-питатели и распыливающий стакан.

Ротор приводится в движение от асинхронного электродвигателя с  помощью клиноременной передачи. В передней части форсунок установлен завихритель первичного воздуха аксиального типа с профильными лопатками, установленными под углом 30°. Первичный воздух от вентилятора первичного воздуха подается к завихрителю через специальные окна в корпусе форсунки.

Воздухонаправляющее устройство вторичного воздуха состоит из воздушного короба, завихрителя аксиального типа с профильными лопатками, установленными под углом 40° и переднего кольца, образующего устье горелки. Газовая часть горелки периферийного типа состоит из газораспределяющей кольцевой камеры с однорядной системой газовыдающих отверстий одного диаметра и двух газоподводящих труб.

 

Таблица 1.3.1 Технические характеристики горелки РГМГ-30

Наименование величины	Единица измерения	Значение
Номинальная теплопроизводительность	Гкал/час	30
Диапазон регулирования	%	10-100
Ротационная форсунка:
Диаметр распыливающего стакана	мм	200
Частота вращения стакана	об/мин	5000
Вязкость мазута перед  форсункой	°ВУ	8
Давление мазута перед  форсункой	кгс/см2	2
Электродвигатель:
Тип	-	АОЛ2-31-2М101
Мощность	кВт	3
Частота вращения	об/мин	2880
Автономный вентилятор первичного воздуха (форсуночный):
Тип	-	30 ЦС-85
Производительность	м3/час	3000
Давление воздуха	мм вод. ст.	850
Тип электродвигателя	-	АО-2-52-2
Мощность	кВт	13
Частота вращения	об/мин	3000
Аэродинамическое сопротивление  горелки по первичному воздуху не менее	кгс/см2	900
Температура первичного воздуха	°С	10-50
Диаметр патрубка первичного воздуха	мм	320
Воздухонаправляющее устройство вторичного воздуха:
Тип короба	-	С обычным прямым подводом воздуха
Ширина короба	мм	580
Сопротивление лопаточного  аппарата	кгс/см2	250
Газовая часть:
Тип газораздающей части	-	Периферийная с двусторонним подводом
Число газовыдающих отверстий	шт	21
Диаметр газовыдающих отверстий	мм	18
Сопротивление газовой  части	кгс/см2	3000-5000
Диаметр устья горелки	мм	725
Угол раскрытия амбразуры	°	60
Габаритные размеры
Диаметр присоединительного фланца	мм	1220
Длина	мм	1446
Высота	мм	1823
Масса	кг	869

 

4. Принцип работы

 

Движение  дымовых газов. Дымовые газы, образуясь в топке котла, движутся в заднюю часть, где на поворотном экране завихряются и снизу через фестон заднего экрана топки входят в конвективную шахту, там поднимаются вверх, а затем по специальному газоходу опускаются к дымососу, идут в боров, в дымовую трубу и атмосферу. Тяга принудительная.

Циркуляция  воды принудительная. Обратная сетевая вода подается в котел и там последовательно проходит все поверхности нагрева, нагревается и снова идет в систему теплоснабжения. При работе на мазуте котлы по воде включаются по прямоточной схеме, вода подводится в поверхности нагрева топки, а отводится из конвективных поверхностей нагрева. При работе только на газообразном топливе включение котлов по воде выполняется по противоточной схеме, вода подводится в конвективные поверхности нагрева, а отводится из поверхностей нагрева топки.

Режимы работы:

- температурный  – 150-70⁰С;

- теплофикационный  – основной;

- гидравлический  – в зависимости от протяженности  и сложности системы теплоснабжения.

Достоинства

1. Высокоэкономичные – КПД при работе на газе до 92%.
2. Конвейерная сборка.

Недостатки

1. Опасность  появления низкотемпературной сернистой коррозии при работе котлов на мазуте.

 

2. Тепловой  расчет котла КВ-ГМ-30-150

 

Исходные данные:

Топливо - природный газ, состав (%):

СН₄ - 98.24

С₂Н₆ - 0.29

С₃Н₈ - 0.2

С₄Н₁₀ - 0.09

N₂ - 1

CО₂ - 0.14

=  35.8 МДж/м³

=  9.49 м³/м³

 

Объемы продуктов сгорания газообразных топлив отличаются на величину объема воздуха и водяных паров, поступающих  в котел с избыточным воздухом.

Объемы, энтальпии воздуха и  продуктов сгорания определяют в расчете на 1 м³ газообразного топлива. Расчеты выполняют без учета химической и механической неполноты сгорания топлива.

 

Теоретические объемы продуктов сгорания вычисляем по формулам:

,    (1)

.

,     (2)

.

Объем водяных паров:

, ,    (3)

где d = 10 г/м³ - влагосодержание топлива, отнесенное к 1 м³ сухого газа при t = 10 °С.

.

Теоретический объем  дымовых газов:

,  (4)

.

Действительное количество воздуха, поступающего в топку, отличается от теоретически необходимого в α раз, где α – коэффициент избытка воздуха. Выбираем коэффициент избытка воздуха на входе в топку α_т и присосы воздуха по газоходам Δα и находим расчетные коэффициенты избытка воздуха в газоходах α².

 

Таблица 2.1 Присосы воздуха  по газоходам Dα и расчетные коэффициенты избытка воздуха в газоходах α²

Участки газового тракта	Dα	α²
Топка	0,14	1,14
Конвективный пучок	0,06	1,2

 

Наличие присосов воздуха  приводит к тому, что объем продуктов сгорания будет отличаться от теоретического, поэтому необходимо рассчитать действительные объемы газов и объемные доли газов. Так как присосы воздуха не содержат трехатомных газов, то объем этих газов от коэффициента избытка воздуха не зависит и во всех газоходах остается постоянным и равным теоретическому.

 

Таблица 2.2 Характеристика продуктов сгорания в поверхностях нагрева

Величина	Единица	Топка,	Конвективный пучок
Коэф. избытка воздуха	−	1,14	1,2
	м3/кг	8.979	9.6098
	м3/кг	2,031	2,041
	м3/кг	12,0092	12,65
	−	0,0832	0,0789
	−	0,169	0,161
	−	0,2522	0,2399

 

Энтальпии теоретического объема воздуха и продуктов сгорания, отнесенные к 1 м³ сжигаемого топлива при температуре u, °С, рассчитывают по формулам:

, (5)

, (6)

где , , , - удельные энтальпии воздуха, трехатомных газов, азота и водяных паров соответственно.

Энтальпию продуктов  сгорания на 1 м³ топлива при a > 1 рассчитываем по формуле:

.    (7)

Результаты расчетов по определению энтальпий при  различных температурах газов сводим в таблицу:

 

Таблица 2.3 Определение энтальпии продуктов сгорания в газоходах котла

u, °С	I0в=V0 × (ct)в	IRO2 = VRO2 ×(cν)RO2	I0N2 = = V0N2 × (cν)N2	I0H2O = = V0H2O × (cν)H2O	I0г = IRO2 + + I0N2 + I0H2O
30	379,4	-	-	-	379,4
100	973,0	175,76	1001	329,18	1505,9
200	2588,1	371,28	2002	662,7	3036
300	3921,1	581,36	3018,4	1009,4	4609,1
400	5273,6	802,88	4057,9	1364,6	6225,4
500	6655,3	1035,8	5112,8	1730,9	7879,5
600	8075,9	1270,88	6190,8	2108,8	9569,7
700	9525,6	1519,44	7284,2	2500,4	11304,1
800	10994,9	1772,1	8416	2910,3	13098,5
900	12464,1	2029,04	9571,04	3322,3	14922,4
1000	13972,2	2290,1	10733,8	3760,5	16784,3
1100	15519,3	2555,2	11896,5	4198,6	18650,4
1200	17066,4	2825,6	13051,5	4645,5	20522,9
1400	20199,4	3369,6	15469,6	5576,4	24415,3
1600	23381,0	3917,68	17877,10	6542,1	28346,2
1800	26553,1	4475,12	20343,4	7338,4	32356,9
2000	29812,7	5036,72	22822,8	8558,7	36416,2
2200	33072,2	5602,48	25333,0	9589,8	40525,3