Тепловой ( поверочный расчет) котла

 

 

 ВВЕДЕНИЕ

Котельной установкой называется комплекс оборудования, предназначенного для  превращения химической энергии топлива в тепловую энергию с целью получения горячей воды или пара заданных параметров.

Котельные установки подразделяются по роду вырабатываемого теплоносителя на паровые (предназначенные для выработки тепловой энергии в виде сухого насыщенного или перегретого пара) и водогрейные (предназначенные для выработки тепловой энергии в виде горячей воды, требуемой температуры). По характеру обслуживания потребителей – на отопительные, отопительно-производственные и производственные.

Котельные производственные и отопительные (предназначенные только для покрытия отопительных нагрузок) работают определенное количество дней в году в зависимости  от характера производства и длительности отопительного периода (отопительный период начинается при устойчивом понижении наружной температуры ниже t_н = +10 °С и кончается при повышении температуры выше +10 °С). Котельные отопительно-производственные и отопительные (связанные дополнительно с нагрузками горячего водоснабжения) работают, как правило, в течение круглого года.

Каждая котельная имеет свои особенности и, в частности, отличающиеся друг от друга режимы потребляемого  тепла.

Как отмечено в принятом в 2004 году документе "Энергетическая стратегия России до 2020 года" приоритетами энергетической стратегии нашей страны являются следующие:

– полное и надежное обеспечение  населения и экономики страны энергоресурсами по доступным и  вместе с тем стимулирующим энергосбережение ценам, снижение рисков и недопущение развития кризисных ситуаций в энергообеспечении страны;

– снижение удельных затрат на производство и использование энергоресурсов за счет рационализации их потребления, применения энергосберегающих технологий и оборудования, сокращения потерь при добыче, переработке, транспортировке и реализации продукции ТЭК;

– повышение финансовой устойчивости и эффективности использования  потенциала энергетического сектора, рост производительности труда для обеспечения социально-экономического развития страны;

– минимизация техногенного воздействия  энергетики на окружающую среду на основе применения экономических стимулов, совершенствования структуры производства, внедрения новых технологий добычи, переработки, транспортировки, реализации и потребления продукции.

Реализация этих стратегия обуславливает  необходимость внесения преобразований в темпы и пропорции развития топливно-энергетического комплекса  России, который всегда играл важную роль в экономике страны. За годы реформ в связи с резким падением объемов производства в других отраслях экономики его роль еще более возросла. В течение прошедшего десятилетия ТЭК в основном обеспечивал потребности страны в топливе и энергии, сохранив тем самым энергетическую независимость России. В настоящее время преодолена, тенденция спада и начался рост добычи газа, нефти и угля, производства электроэнергии, объема и глубины переработки нефти. Производственные структуры ТЭК в результате проведенных структурных преобразований, либерализации и приватизации в значительной мере адаптировались к рыночным методам хозяйствования. В результате проведенных работ по реструктуризации угольной промышленности повысилась ее экономическая эффективность, ликвидируются убыточные неперспективные предприятия. Начались реформы электроэнергетики и жилищно-коммунальной сферы. Сформированы основы регулирования хозяйственных отношений в энергетическом секторе экономики, включая вопросы недропользования, налогообложения и ценообразования.

 

 

1 ОПИСАНИЕ ПАРОВОГО КОТЛА

1.1 Общая характеристика парового котла типа ДЕ

Газомазутные паровые вертикальные водотрубные котлы типа ДЕ предназначены  для выработки насыщенного или  перегретого до температуры 225 °С пара, используемого на технологические нужды, отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Котлы этого типа выпускаются на номинальную паропроизводительность 4; 6,5; 10; 16 и 25 т/ч при рабочем давлении 1,4 и 2,4 МПа (14 и 24 кгс/см2).

Конструктивной особенностью таких  котлов является размещение топочной камеры сбоку конвективного пучка, образованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем нижнем барабанах.

Так, во всех типоразмеров котлов диаметр  верхнего и нижнего барабанов  составляет 1000 мм, расстояние между  барабанами 2750 мм, для экранов и  конвективного пучка применены трубы диаметром 51х2,5 мм.

Топочная камера отделяется от конвективного  пучка газоплотной перегородкой, образованной из труб диаметром 51х2,5 мм, установленных вплотную с шагом 55 мм и сваренных между собой. Концы труб обсажены до диаметра 38 мм. В задней части перегородки выполнено окно для прохода топочных газов в конвективный пучок. Уплотнение в месте входа обсаженных концов труб в барабан обеспечивается чугунными гребенками, примыкающими к трубам и барабану. Потолок, правая боковая поверхность и под топочной камеры экранированы фасонными трубами диаметром 51х2,5 мм, образующими единый экран, выполненный с шагом труб, равным 55 мм. Концы труб экрана завальцованы в верхний и нижний барабаны. Трубы заднего экрана не имеют обсадных концов и присоединяются сваркой к верхнему и нижнему коллекторам. Коллекторы соединены с верхним и нижним барабанами и объединены не обогреваемой рециркуляционной трубой диаметром 76х3,5 мм.

Во всех котлах под топки закрыт огнеупорным кирпичом.

В водяном пространстве верхнего барабана размещены питательная труба для ввода фосфатов, в паровом пространстве установлены сепарационные устройства. В нижних барабанах котлов паропроизводительностью 10 т/ч расположена перфорированная труба для непрерывной продувки котла, которая совмещена с периодической продувкой.

Нижние барабаны всех котлов снабжены устройствами для парового прогрева воды при растопке и штуцерами  для спуска воды.

 Котлы имеют опорную раму, передающую все нагрузки на фундамент. Свобода температурных перемещений элементов котлов обеспечивается неподвижным закреплением передней опоры нижнего барабана и подвижным креплением за счет овальных отверстий для болтов, которыми крепится задняя опора к раме котла.

Для контроля за тепловыми перемещениями  в котлах устанавливается репер в районе задней стороны нижнего барабана. Кроме того, предусматривается контроль перемещений нижних коллекторов фронтового и заднего экранов.

1.2 Характеристика парового котла ДЕ 10-14

Таблица 1 – Конструктивные характеристики парового котла ДЕ 10-14

Величина	Численное значение
1 Объем топки, м3	17,4
2 Площадь поверхности  стен топки, м3	51,84
3 Диаметр экранных  труб, мм	51 × 2,5
4 Шаг труб боковых  экранов, мм	55
5 Площадь лучевоспринимающей  поверхности нагрева, м3	38,96
6 Площадь поверхности нагрева конвективных пучков, м2	117,69
7 Диаметр труб конвективных пучков, мм2	51 × 2,5
8 Расположение труб	Коридорное
9 Поперечный шаг труб, мм	110
10 Продольный шаг труб, мм	110
11 Площадь живого сечения  для прохода продуктов сгорания, м2	0,338
12 Число рядов труб  по ходу продуктов сгорания в одном газоходе, шт.	41

 

 

 

1.3 Схема циркуляции

 

1 – топочная камера; 2 – горелка; 3 – конвективный пучок; 4 – нижний  коллектор заднего экрана; 5 – подъемные трубки переднего экрана; 6 – перегородка, отделяющая конвективный пучок от топки; 7 – ступенчатая перегородка, разделяющая конвективный пучок; 8 – верхний коллектор заднего экрана; 9 – опускная труба верхнего и нижнего коллекторов; 10 – второй боковой экран.

 

 

Циркуляционная схема котлов ДЕ включает в себя 4 экрана (фронтальный, задний и два боковых) и конвективный пучок

.

 

Рисунок 1 – Схема циркуляции

1 – боковой экран соединяет  верхний и нижний барабан, в  котором образуется пароводяная смесь (подъемные трубы); 2 – боковой экран соединяет верхний нижний барабан и представляет собой потолочно-боковой подовый экран, в котором образуется пароводяная смесь (подъемные трубы).

Рисунок 2 – Боковые экраны

1 – верхний коллектор (сборный); 2 – нижний коллектор; 3 – опускная труба; 4 – подъемные трубы.

 

Котловая вода из нижнего барабана поступает в нижний коллектор. В  подъемных трубах, соединяющих нижний и верхний коллекторы, образуется пароводяная смесь, которая поступает в верхний коллектор. В нем вода, которая имеет большую плотность, опускается по опускной трубе, соединяющий верхний и нижний коллекторы. А пар из верхнего коллектора поступает в верхний барабан.

Циркуляция во фронтовом экране аналогична циркуляции в заднем экране, но подъемных труб во фронтовом экране меньше за счет установки горелок.

Трубы первого конвективного пучка, расположенного в первом газоходе являются подъемными, а трубы второго конвективного  пучка – опускными. Таким образом  осуществляется естественная циркуляция.

 

2 ОПИСАНИЕ ТОПОЧНОГО УСТРОЙСТВА

2.1 Характеристика топлива

Газообразное топливо состоит  из механической смеси горючих и  негорючих газов с небольшой примесью водяных паров, смолы и пыли. К естественным газам относятся природный и попутный газ, выделяющийся при извлечении нефти на поверхность. Искусственные горючие газы являются топливом местного значения. К ним относятся генераторный, коксовый и доменный газы.

В промышленных парогенераторах и  водогрейных котлах главным образом  используются природные и попутные газы. Природные и попутные газы представляют собой смеси углеводородов метанового ряда и балластных негорючих газов. В природных газах значительно больше метана, чем в попутных. Содержание метана в некоторых природных газах доходит до 98 %. Попутные газы содержат меньше метана, но больше высокомолекулярных углеводородов. Углеводороды метанового ряда обычно называют предельными. Основными представителями предельных углеводородов являются: метан (СН₄), этан (С₂Н₆), пропан (С₃Н₈), бутан (С₄Н₁₀), пентан (С₅Н₁₂) и т. д. При нормальных условиях (давление 101,08 кПа и температура 0 °С) первые члены ряда до бутана включительно представляют собой газы, не имеющие цвета и запаха, а последующие – жидкости.

Весьма важными свойствами газообразного  топлива, влияющим на условие его использования, являются токсичность и взрываемость. Искусственные газы токсичны вследствие содержание в них окиси углерода (СО). Природные и попутные газы нетоксичны, однако высокомолекулярные предельные углеводороды при заметных концентрациях обладают наркотическими свойствами. Так, например, содержание в воздухе 10 % пропана или бутана вызывает при вдыхании головокружение.

В природных газах Среднего Поволжья, Башкирии и некоторых других нередко  содержится сероводород (H₂S). По своему действию на человека сероводород является сильным ядом, поражающим нервную систему. Он агрессивно действует также на металлы. Допустимая концентрация сероводорода в газе, поступающим в городские сети, не более 2 г на 100 м³.

Газ вместе с воздухом при определенных концентрациях образует взрывные смеси, т. е. такие, которые способны воспламеняться при зажигании. Взрываемость газовоздушных смесей характеризуют нижним и верхним пределом воспламенения или взрываемости. Нижним пределом взрываемости называется минимальная концентрация газа в газовоздушной смеси, при которой возможно ее воспламенение. Верхним пределом взрываемости называется максимальная концентрация газа в газовоздушной смеси, при которой возможно ее воспламенение. Таким образом, воспламенение газа возможно только в определенных границах содержания его в воздухе. С точки зрения взрываемости более опасным следует считать те горючие газы, которые имеют самый низкий предел взрываемости или самый широкий диапазон пределов взрываемости.

Состав газообразного топлива  задается в процентах по объему и все расчеты относятся к кубическому метру сухого газа при нормальных условиях (101,08 кПа и 273 К). Содержание примесей (водяных паров, смолы, пыли) выражается в г/м³ сухого газа.

Таблица 2 – Расчетные характеристики газообразного топлива

Месторождение	Состав газа по объему, %							Низшая теплота сгорания сухого газа Qн, кДж/м3	Плотность газа при норм. условиях       ρ, кг/м3
	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	C5H12	N2	СО2
Газли-Коган	95,4	2,6	0,3	0,2	0,2	1,1	0,2	36590	0,756

2.2 Обоснование выбора топочного устройства и его конструкция

Выбор способа сжигания топлива  зависит от мощности и конструкции парогенератора и водогрейного котла, вида топлива.

Сжигание топлива производится в топочном устройстве, представляющим собой сочетание системы горелок или механизмов с топочной камерой, которое предназначено для организации процесса горения.