Розрахунок продуктивності котла

/

/

ДВНЗ Харківський коледж будівництва, архітектури та дизайну

Курсова робота РОЗРАХУНОК ПРОДУКТИВНОСТІ КОТЛА

2012

Вступ

котельна установка проектування

Котельня або котельна установка — це система життєзабезпечення будівлі, споруди або групи будівель, споруд, джерело енергії для систем опалення, паропостачання, гарячого водопостачання, вентиляції, теплої підлоги та інших інженерних систем в будівлях, спорудах, а також для технологічних потреб.

Котельня представляє собою розташовану в технічному приміщенні установку, яка складається з котла і допоміжного обладнання: тягодуттьові машини, механізми і пристрої управління, димосос, димова труба тощо, для отримання водяної пари або гарячої води за рахунок теплоти палива, яке спалюється. Основним пристроєм котельні є паровий, жаротрубний та/або водогрійний котел, в якому відбувається нагрівання робочої рідини (теплоносія, як правило води або пари).

Котельні використовуються при централізованому або при місцевому тепло-і паропостачанні, коли котельня локального значення у межах приватного будинку, кварталу. Котельні з'єднуються зі споживачами теплотрасами та/або паропроводами. Теплові мережі ділять на магістральні, квартальні та місцеві.

Котельні можуть працювати на твердому (вугілля), рідкому (мазут, дизпаливо) або газоподібному паливі (природний газ). Димові гази, що утворюються при роботі котлів, відводяться за допомогою димової труби.

Основним паливом для котелень є природний газ від 52 до 58%, мазут — від 12 до 15%, вугілля — від 27 до 36%. Газ — самий екологічний вид палива на сьогоднішній день. застосовуються мазут та солярка, які на сьогодні заміняють на висококонцентровану водовугільну суспензію — водо-вугільне паливо. Теплова енергія, вироблена дизельною котельнею значно дороожче одержуваної при використанні газу. Тверде паливо — буре та кам’яне вугілля, кокс, торф, дрова, солома, лушпайки соняшника. Альтернативні види палива можуть застосовуватися у вигляді брикетів та гранул (палет). Завдяки використанню лушпайок соняшника масложирові заводи України практично повністю забезпечують себе електроі тепловою енергією. Виробничі фірми, які займаються деревообробкою, спалюють у великих кількостях відходи деревляни. Для забезпечення екологічних вимог для таких котелень, як правило, після котла встановлюють електрофільтри.

Для комбінованих чи багатопаливних котелень використовують переважно два види палива і відповідно два комплекси подачі палива. Найчастіше такі котли забезпечуються комбінованими пальниками, які працюють на природному газі і на дизельному паливі. При цьому один вид палива визначається як основний, а інший як резервний або аварійний.

При виконанні курсової роботи навантаження котельні будемо розраховувати як суммарні витрати тепла або пари зовнішніми користувачами — технологічні потреби, опалення, вентиляція, гаряче водопостачання — з урахуванням витрат на деаерацію та водопідготовку й втрат у самій котельні. При цьому температура конденсата від підігрівачів котельні приймається від 80 до 90 °C, а втрати в котельні становлять від 2 до 3% загального розходу тепла.

Кількість води, яка поступає до закритої теплової мережі при розрахунках приймають у межах від 1,5 до 2% годинного розходу мережевої води. Витрати тепла на деаерацію й водопідготовку приймають для закритої системы теплопостачання від 7 до 10% величини відпущеного тепла і дещо більший — для відкритої системи [1, 20].

Якщо в котельні встановлені парові та водогрійні котли, тоді продуктивність кожної частини котельні визначають окремо.

1. Загальна частина

Теплова схема — це умовне графічне зображення основного і допоміжного обладнання, поєднаного трубопроводами відповідної послідовності руху робочого тіла у котельній установці. Схема характеризує технічну досконалість і теплову економічність цієї установки.

Загальна теплова схема джерела теплопостачання складається шляхом об'єднання багатьох локальних схем, які взаємно впливають одна на одну: схеми підігреву живильної води, схеми підготовки води для живлення котельних агрегатів і для підтримки теплових мереж, схеми постачання тепла технологічним і побутовим споживачам, схеми відбору й очищення конденсату, який повертається від споживачів, схеми використания тепла від продувки котлоагрегатів та від інших частин установки.

Для складання і розрахунку теплової схеми необхідно мати вихідні дані: призначення котельні; теплоносій; вид палива; характеристику системи теплопостачання; величину теплових навантажень і параметрів теплоносія; кількість або доля повернутоого конденсату; температура сирої води, яка надходить до котельні, і температура води для хімводоочищення.

Витрати тепла на опалення, вентиляцію і кондицинування звичайно задають або приймають за нормами проектування. Витрати тепла на гаряче водопостачання також задають або розраховують як середньогодинні за тиждень. Витрати тепла на технологічні потреби задають або визначають за добовим графіком споживанния тепла.

За цими даними проводять розрахунок принципіальної теплової схемы, яка складається з наступних етапів:

1) вибір або попереднє визначення параметрів робочого тіла на різних ділянках теплової схеми;

2) складання рівнянь матеріального балансу потоків теплоносія й робочого тіла;

3) складання теплового балансу з урахуванням втрат тепла;

4) визначення витрат пару, води або іншого теплоносія на окремі елементи теплової схеми й уточнення повних витрат тепла в котельні;

5) визначення теплової економічності установки.

1.1 Вихідні дані

Збереження теплової енергії дуже залежить від процесів поширення теплоти у тілах і процесів обміну теплом між тілами. Процеси теплообміну є складовою частиною теплових процесів машин, двигунів, апаратів, огороджувальних конструкцій будинків і споруд. У питаннях теплообміну і енергозбереження виділяють дві основні задачі.

1. Визначення кількості теплоти, яке за заданих умов переходить із однієї частини тіла до другої або передається від одного тіла до іншого. Ця задача є головною при розрахунках теплообмінних апаратів, теплопередачі скрізь плоскі, циліндричні стінки, визначення втрат теплоти скрізь ізоляцию й т.ін.

2. Визначення температури різних ділянок тіла, яке приймає участь у процесі теплообміну. Ця задача є важливою при розрахунку деталей машин, огороджувальних конструкцій, тому що міцність матеріалів залежить від температури, а нерівномірне розподілення температури призводить до появи термічних напружень.

Існують три основних способа перенесення теплової енергії:

1) теплопровідність — перенесення теплоти від більше нагрітих до менше нагрітих ділянок тіла за рахунок теплового руху та взаємодії мікрочастинок, що призводить до вирівнювання температури тіла;

2) конвекція — перенесення теплоти за рахунок переміщення частинок речовини у просторі, спостерігається у рідинах і газах;

3) теплове випромінювання — перенесення енергії електромагнітними хвилями за відсутності контакту між тілами.

У більшості випадків передача теплоти між тілами здійснюється одночасно двома або трьома способами. Наприклад, обмін теплотою між твердою поверхнею і рідиною (або газом) проходить щляхом теплопроводності і конвекції одночасно й називається конвективним теплообміном або тепловіддачею. У парових котлах при перенесенні теплоти від топочних газів до теплоносія (води, пари, повітря) одночасно присутні усі три вида теплообміну — теплопровідність, конвекція і теплове випромінювання. Перенесення теплоти від гарячьої рідини до холодної скрізь раздільну стінку називають процесом теплопередачі.

Далі розглянемо основні кількісні та якісні закономірності протікання цих як елементарних, так і більш складних процесів. Для полегшення вивчання питань енергозбереження, кожен спосіб теплообміну розглядають окремо.

У завданні на курсову роботу студента на тему «Розрахунок продуктивності котла» встановлені наступні вихідні дані:

— вид палива: Воркутинське вугілля, марка Ж (таблиця 2.1 додатку В, [7, 26, 27]);

— склад робочої маси палива:

W^P= 5,5%; A^P= 23,60%; S^С _ОРГ+К = 0,8%; C^P = 59,60%; H^P = 3,8%; N^P = 1,30%; O^P = 5,40%;

— найнижча теплота згорання палива Q^P_H: 23,67 МДж/кг;

— швидкість згорання палива B: 550 кг/год;

— ККД котла ?: 88%;

— параметри теплоносія: t_КИП. = 250? C.

В курсовій роботі треба:

1) розрахувати: Яку кількість теплоносія можна отримати?

2) підібрати потрібну потужність котла;

3) описати котел та його призначення;

4) описати один із вузлів котла — димосос;

5) виконати графічну частину курсової роботи — навести тип підібраного котла та його зображення у розрізі.

2. Розрахункова частина

2.1 Загальні теоретичні відомості

Горіння палива — це хімічний процес з'єднання горючих речовин палива з киснем повітря, який супроводжується інтенсивним виділенням тепла. Горіння палива може бути повним або неповним.

Горіння буде повним, якщо воно здійснюється при достатній кількості окислювача та завершується повним окисленням горючих елементів палива. Газоподібні продукти згоряння при цьому складаються в основному з СО₂, SО₂, Н₂О та N₂ [7, 8, 9, 12, 17, 18, 24, 26, 27].

При неповному згорянні в продуктах згоряння, крім перерахованих сполучень, міститься СО.

Теоретична кількість повітря, яке потрібне для згоряння 1 кг твердого або рідкого палива при нормальних умовах, визначається за формулою

кг

повітря /кг палива.(2.1)

При нормальних умовах густина повітря с_в=1,293 кг/м³, тому об'ємні витрати повітря V° для згоряння 1 кг палива визначаються за формулою

м³ повітря/кг палива. (2.2)

Визначити теоретичний об'єм повітря для згоряння 1 кг твердого або рідкого палива при нормальних умовах можна ще за наступною формулою:

V⁰ = 0,089С^г+ 0,266Н^г+ 0,033(S^г_г — О^г), м³ повітря/кг палива,(2.3)

де С^г, Н^г, S^r_t та О^г — елементарний склад палива по робочій масі у відсотках.

Для газоподібного палива теоретичний об'єм повітря для згоряння 1 м³ сухого газу визначається за формулою

V⁰ = 0,0478 [0,50CO₂ + 0,5Н₂ + 1,5Н2S + 2СН₄+ ?(m + n/4) С_mН_n — О₂],

м³ повітря/м³ газу, (2.4)

де СО, Н₂ і т. д. — вміст окремих газів у газоподібному паливі у відсотках; т — кількість атомів вуглецю; п — кількість атомів водню.

Дійсна кількість повітря, яка потрібна для згоряння палива, більша ніж теоретична. Число, яке показує на скільки дійсна кількість повітря відрізняється від теоретично потрібної, є коефіцієнтом надлишку повітря та визначається за формулою

= V_d/V⁰.(2.5)

Дійсний об'єм повітря V_д для згоряння палива визначається за формулою

V_d = а V°.(2.6)

Теоретичний об'єм продуктів згоряння (димових газів) V⁰_Г, які утворюються при процесі згоряння палива при, а = 1 та теоретичному об'ємі повітря визначається за формулою

(2.7)

де V⁰_С.Г. — теоретичний об'єм сухих газів, м³/кг (м³/м³); М⁰_H2O — теоретичний об'єм водяних парів у продуктах згоряння, м³кг (м3м³).

При цьому V⁰_С.Г. = V⁰_RO2 + V⁰_N2, м³/кг (м³/м³),(2.8)

де V⁰_RO2 ⁼ V_CO2 + V_SO2 — об'єм сухих трьохатомних газів (диоксиду вуглецю та сірчистого газу); V⁰_N2 — теоретичний об'єм азоту в продуктах згоряння.

Теоретичний об'єм продуктів згоряння можна визначити ще за загальною формулою

V⁰_Г = V_RO2 + V⁰_N2 + V⁰_H2O, м³/кг (м³/м³). (2.9)

Об'єм сухих трьохатомних газів у продуктах згоряння при спалюванні твердого та рідкого палива визначається за формулою

. (2.10)

Об'єм сухих трьохатомних газів у продуктах згоряння при спалюванні газоподібного палива визначається за формулою

V_RO2 = 0,01 (СО₂ + СО + Н₂S + СН₄ + 2С₂Н₄), м³/м³.(2.11)

Теоретичний об'єм азоту в продуктах згоряння при спалюванні твердого та рідкого палива визначається за формулою

V⁰_N2 = 0,79 V° + 0,8 N^r/100, м³/кг.(2.12)

Теоретичний об'єм азоту в продуктах згоряння при спалюванні газоподібного палива визначається за формулою

V⁰_N2 = 0,79 V° + 0,8 N₂/100, м³/м³.(2.13)

Теоретичний об'єм водяних парів у продуктах згоряння при спалюванні твердого та рідкого палива визначається за формулою

V⁰_H2O = 0,111 H^r + 0,0124 W^r + 0,016 W°, м³/кг.(2.14)

Теоретичний об'єм водяних парів у продуктах згоряння при спалюванні газоподібного палива визначається за формулою

V⁰_H2O = 0,01 (Н₂S + Н₂ + 2 СН₄ +2 С₂Н₄ + 0,124 d_e) + 0,0161 V⁰, м³/м³, (2.15)

де d_г — вологовміст газоподібного палива, г/м³.

Потрібно звертати увагу на кількість повітря, яка приймає участь у процесі горіння. Якщо дійсний об'єм повітря більше ніж теоретичний (а >1), то додаткова кількість повітря буде впливати на збільшення у об'ємі продуктів згоряння водяних парів та двоатомних газів, а об'єм трьохатомних газів не змінюється.

Дійсний об'єм продуктів згоряння (димових газів) підраховується за формулою

V_Г. = V_С.Г. + V_H2O, м³/кг (м³/м³),(2.16)

де V_С.Г. — дійсний об'єм сухих газів у продуктах згоряння, м³/кг (м³/м³); V_H2O — дійсний об'єм водяних парів у продуктах згоряння, м³/кг (м³/м³).

При цьому

V_С.Г. = V_RO2 + V_R2, м³/кг (м³/м³),(2.17)

де V_R2 — дійсний об'єм двохатомних газів у продуктах згоряння, м³/кг (м³/м³), який визначається за формулою

V_R2 = V⁰_N2 + (- 1) V⁰, м³/кг (м³/м³).(2.18)

Дійсний об'єм водяних парів у продуктах згоряння визначається за формулою

V_H2O = V⁰_H2O + 0,0161 (- 1) V⁰, м³/кг (м³/м³).(2.19)

При атмосферному тиску та температурі повітря t об'єм газів визначається за формулою

V^t_Г. = V_Г. (1 + t/273), м³/кг (м³/м³), м³/кг (м³/м³).(2.20)

Кількість теплоти, яка міститься у повітрі або продуктах згоряння, є ентальпією (тепловмістом) повітря або продуктів згоряння.

Ентальпія продуктів згоряння I визначається як сума ентальпій газів І_Г та повітря І_п.

Потрібно враховувати, що при збільшенні кількості повітря від теоретично потрібного для процесу згоряння палива до дійсного об'єму, збільшується і ентальпія продуктів згоряння.

Ентальпія теоретичного об'єму повітря для здійснення процесу спалювання будь-якого палива визначається за формулою

I⁰_n = V⁰(c)_n, кДж/м³, (2.21)

де (c)_n, — ентальпія 1 м³ повітря (див. табл. 3.2), кДж/м³.

Ентальпія теоретичного об'єму продуктів згоряння визначається за формулою

(2.22)

де I°_С.Г. — ентальпія теоретичного об'єму сухих газів у продуктах згоряння; І°_H2O — ентальпія теоретичного об'єму водяних парів у продуктах згоряння.

Ентальпія теоретичного об'єму сухих газів у продуктах згоряння визначається за формулою

(2.23)

де (c)_nRO2 — ентальпія 1 м³ трьохатомних газів (див. табл. 3.2), кДж/м³; (c)_N2 — ентальпія 1 м³ теоретичного об'єму азоту (див. табл. 3.2), кДж/м³.

Ентальпія теоретичного об'єму водяних парів у продуктах згоряння визначається за формулою

(2.24)

де (c)_H2O — ентальпія 1 м³ водяних парів (див. табл. 3.2), кДж/м³.

Визначити ентальпію теоретичного об'єму продуктів згоряння (при = 1) можна за загальною формулою

(2.25)

Збільшення об'єму повітря до дійсного його значення (> 1) змінює ентальпію повітря, яку підрахувати можна за формулою

(2.26)

Враховуючи це, ентальпія продуктів згоряння при > 1 визначається за формулою

(2.27)

2.2 Тепловий баланс

Тепловим балансом у замкненій системі тіл при теплообміні між ними називається однаковість сум кількостей теплоти, що віддаються більш нагрітими тілами менш нагрітим, і кількостей теплоти, одержаних останніми.

Приклад: у чашку з водою, у яку занурено ложечку, долили більш гарячої води. Ця вода, охолоджуючись до деякої температури, спільної для всієї даної системи у стані рівноваги, віддає кількість теплоти Q, при цьому вода в чашці отримує кількість теплоти, ложка —. Отже: .

У розгорнутому вигляді кожен член рівняння записується як добуток питомої теплоємності, маси і зміни температури для кожного з тіл системи.

Розрахунки, виконані Саді Карно, показали, що максимальний ККД обчислюється так:

де і — температури нагрівника та охолоджувача.

У реальній системі присутні n споживачів теплової енергії - С1… Сn, кожен з яких споживає теплоту Qc1… Qcn відповідно. Теплоносій (вода) надходить до кожного теплоспоживача по трубопроводу із загального колектора, на який працюють m водогрійних котлів топок Т1… Тn. При цьому від кожного котла одержуємо Qк.о.1…Qк.о.m теплоти відповідно [24, 25, 27].

Головною проблемою системи теплопостачання є нераціональна витрата теплової енергії, яка випрацьовується котлами. Це зобумовлено тим, що загальна кількість енергії, споживаної усіма споживачами, є змінною величиною і залежить від пори року, кількості працюючих споживачів, їх технічного стану, втрат і т. ін.

Присутнє сезонне змінення кількості теплоспоживачів, а відповідно і робочих теплопостачальників — топок котлів в залежності від температури навколишнього середовища в різні часові відрізки.

Отже, споживане тепло змінюється у функції часу:

. (2.28)

Звідси є необхідність регулювати загальну кількість тепла, що випрацьовується котлами відповідно до змін споживаного тепла. Для вирішення цієї задачі запропонована наступна система регулювання процесу теплопостачання.

Кожний теплоспоживач обладнується теплолічильником ТС1… ТСn, який рахує споживану теплову енергію, а також має функцію регулювання споживаної енергії в залежності від завданого значення. Споживане тепло Qс визначається наступним чином:

Qc = V с (h_вх — h_вих), (2.29)

де V — об'єм теплоносія, що протікає через трубопровід за час спостерігання; с — густина теплоносія, у нашому випадку с = const; (h_вх, h_вих — питомі ентальпії теплоносія відповідно у трубопроводі на вході до споживача та на виході з нього.

Ентальпія є функцією температури теплоносія h = f (T), тому для визначення споживаного тепла вимірюють температури води на вході Т_вх та виході Твих споживача. Після цього інформаційні сигнали з датчиків стану технологічних параметрів V1… Vn, Т _вх 1… Т_вхn, Т _вих 1… Т_виxn надходять до теплолічильників ТС1… ТСn, де на основі отриманої інформації вираховуються значення Qc1… Qcn.

Як вже було зазначено вище, використані теплолічильники мають володіти функцією регулювання споживаного тепла в залежності від завданого значення Qз. З формули (2.29) витікає, що регулювати споживане тепло можна змінюючи або витрати теплоносія, або його температуру. З точки зору простоти реалізації технічного рішення регулятора обираємо регулювання по витраті теплоносія. Для цього на живлющі теплопроводи встановлюються керовані задвижки КЗ, на які діє виконавчий механізм теплолічильника у разі неспівпадіння значень завданого тепла Qз із фактично споживаним Qс. При цьому керувальний сигнал Ук на КЗ пропорційний різності значень тепла Qз — Qс.

Але даний засіб регулювання споживаної теплової енергії дає добрі результати при незначному відхиленні фактичних значень тепла від завданого у результаті впливу невеликих збурювальних дій, а також при невеликому зміненні значення уставки. Крім того, при ньому не враховується перевитрата тепла, випрацьованого топками, оскільки температура теплоносія залишається незмінною.

При значних змінах значення уставки споживаної теплоти, таких як відключення теплоспоживача, чи введення нового, обумовлену змінами температури навколишнього повітря та ін. даний засіб керування не дасть бажаних результатів, оскільки тепло випрацюване котлами буде некорисно витрачатися на обогрів навколишнього середовища (при значному зменшенні загальної суми споживаної теплоти), чи його взагалі не вистачить на живлення усіх споживачів (при зростанні значення потрібного тепла).

Отже для раціональної витрати теплової енергії необхідно не лише однобічно регулювати значення споживаного тепла, а також регулювати значення тепла, що отримуємо від котлоагрегатів топок. У ідеальному випадку має бути наступний баланс:

. (2.30)

Для забезпечення даного балансу до системи керування вводять мікропроцесорний пристрій МПП, на який надходять значення споживаного тепла від усіх споживачів. На основі отриманої інформації МПП посилає сигнали керування Zк1… Zкm відповідно на регулятори технологічних параметрів кожної топки Р1… Рm, за допомогою яких регулюється кількість тепла випрацювана котлоагрегатами топок Qк. о1…Qк.о.m.

При цьому може змінюватися як кількість працюючих котлоагрегатів, так і потужність, з якою вони працюють для забезпечення необхідної кількості тепла з мінімальними втратами.

Регулювати кількість тепла випрацьовану котлоагрегатами можна шляхом змінення технологічних параметрів топок, головним з яких є температура, між значенням якої, та кількістю виробленого тепла існує прямий зв’язок. При цьому регулятор також виконує функцію регулювання стану технологічних параметрів для уникнення аварійного стану. Для досягнення необхідної якості керування вводиться зворотній зв’язок за цими параметрами. Від датчиків на регулятор надходять інформаційні сигнали про фактичне значення технологічних параметрів УF_і.

Проведемо відповідні розрахунки.

Теоретичну кількість повітря для згоряння при нормальних умовах 1 кг нашого вугілля за (2.1), вихідними даними та таблицею 2.1 додатку В, [7, 26, 27] розрахуємо

L⁰ = (2,67?59,6 + 8?3,8 + 0,8 — 5,40) / (100?0,23) = 8,04 кг повітря/кг палива.

Теоретичний об'єм повітря для згоряння при нормальних умовах 1 кг нашого вугілля за (2.2) розрахуємо

V⁰ = 8,04 / 1,293 = 6,22 м³ повітря/кг палива.

За формулою (2.10) визначаємо об'єм сухих трьохатомних газів

V_RO2 = 1,866?(59,60 + 0,375?0,8) / 100 = 1,118 м³/кг.

За формулою (2.12) визначаємо

V⁰_N2 = 0,79?6,22 + 0,8?1,3/100 = 4,924 м³/кг.

За формулою (2.8) визначаємо

V⁰_С.Г. = 1,118 + 4,924 = 6,042 м³/кг.

За формулою (2.14) визначаємо

V⁰_H2O = 0,111?3,8 + 0,0124?5,5+ 0,016?10 = 0,65 м³/кг.

За формулою (2.18) при б = 1,14 визначаємо

V_R2 = 4,924 + (1,14 — 1)?6,22 = 5,795 м³/кг.

За формулою (2.19) визначаємо

V_H2O = 0,65 + 0,0161?(1,14 — 1)?6,22 = 0,664 м³/кг.

За формулою (2.17) визначаємо

V_С.Г. = 1,118 + 5,795 = 6,913 м³/кг.

За формулою (2.16) визначаємо

V_Г. = 6,913 + 0,664 = 7,577 м³/кг.

За формулою (2.20) при t=20 °C визначаємо

V^t_Г. = 7,577?(1 + 20/273) = 8,132 м³/кг.

За формулою (2.21) та таблицею 3.2 додатку В, [7, 26, 27] визначаємо ентальпію теоретичного об'єму повітря

I⁰_n = 6,22?333,75 = 2075,93 кДж/м³.

За формулою (2.23) та таблицею 3.2 додатку В, [7, 26, 27] визначаємо ентальпію теоретичного об'єму сухих газів

I⁰_С.Г. = 1,118?448,75 + 4,924?326,25 = 2108,16 кДж/м³.

За формулою (2.24) та таблицею 3.2 додатку В, [7, 26, 27] визначаємо ентальпію теоретичного об'єму водяних парів

I⁰_H2O. = 0,65?381,25 = 247,81 кДж/м³.

За формулою (2.22) визначаємо ентальпію теоретичного об'єму продуктів згоряння

I⁰_Г. = 2108,16 + 247,81 = 2355,97 кДж/м³.

За формулою (2.26) при б = 1,14 визначаємо дійсну ентальпію повітря

I_n. = (1,14 — 1)? 2075,93 = 290,63 кДж/м³.

За формулою (2.27) при б = 1,14 визначаємо дійсну ентальпію продуктів сгоряння

I_Г. = 2355,97 + 290,63 = 2646,6 кДж/м³.

2.2 Підбір котла

Для підбору котла визначимо його продуктивність D за спрощеною методикою на основі початкових вихідних даних та таблиці 2.1 додатку В, [7, 26, 27]:

D = B?Q^P_H ?(? /100) / I. (2.31)

Тоді

D = (550?23,67?10³?88/100) /2809,8 = 4077,26 кг/год.

По каталожним таблицям вибираємо паровий котел типу ДКВР-4−13С (ВТЛ-РПК), компоновка № 00.8002.200 (таблиця 2.1 цього розділу цієї ПЗ, лист 19).

Такі котли поставляються в Україні АОЗТ «Украгропромкомплекс» — українська акціонерна компанія по обеспеченню енергетичним обладнанням та енергозберігаючими технологіями: тел.: (+38 044) 254−20−25, 280−64−58, 280−02−63, 280−33−78; 280−02−63; 280−33−78; е-mail: [email protected], [email protected]).

Взагалі можемо вибирати серед таких, наприклад, котлів, які працюють на вугіллі та мають потужність (продуктивність) 4 і більше т/ч. Як бачимо, найкращий вибір — це такі типи котлів: КЕ (2,5−25)-14СО; ДКВР (4−20)-13С. Якщо б ми побажали, могли б скористатися рекомендаціями додатків А, Б та В, що дещо розширило б наші можливості вибору.

Рисунок 2.1 — Паровий котел типу ДКВР-4−13 С — схема

Таблиця 2.1 — Технічні характеристики парових двобарабанних водотрубних котлів типу ДКВР на твердому паливі

Джерела, де інформація про загальні принципи вибору котла наведена досить вичерпно можна знайти за цими посиланнями [3−6, 11−18, 20−22].

3. Технічна частина

3.1 Опис котла

Котел — конструктивно об'єднаний в одне ціле комплекс пристроїв для отримання пари та/або для нагріву води під тиском за рахунок теплової енергії від спалювання палива, при протіканні технологічного процесу або перетворення електричної енергії в теплову. В котел можуть входити повністю або частково: топка, пароперегрівач, економайзер, повітропідігрівники, каркас, обмурівка, теплова ізоляція, обшивка. За способом установки розрізняють стаціонарні і пересувні котли. Котельня — комплекс технологічно пов’язаних теплових енергоустановок, розташованих у відокремлених виробничих будівлях, вбудованих, прибудованих або надбудованих приміщеннях з котлами, водонагрівачами (в т.ч. установками нетрадиційного способу отримання теплової енергії) і котельно-допоміжним обладнанням, призначений для вироблення теплоти.

Парові котли для спалювання твердого палива (твердопаливні котли) або котли на твердому паливі (дивись, наприклад, http://www.uapk.com.ua/parovye-kotly-tverdoe-toplivo.html), до яких належать котли серії ДКВр (кам'яне / буре вугілля) 2,5; 4,0; 6,5 т/ч — це котли двухбарабанні, вертикально-водотрубні з природною циркуляцією, з екранованою топковою камерою і конвективним пучком, розташованим за топковою камерою перпендикулярно їй, що поставляються або одним транспортабельним блоком (блок котла без обшивки й ізоляції з вбудованою ручною топкою і встановленими на блоці котла дуттьовими вентилятором і димососом), в комплекті з поживним насосом, автоматикою управління і безпеки, КВП, арматурою і гарнітурою в межах котла, або котел розсипом (вузли, пакети, зв’язки), в комплекті з КВП, арматурою і гарнітурою в межах котла, сходами і площадками, пароперегрівом (на вимогу замовника). Ізоляційні і обмурувальні матеріали в комплект поставки не входять.

Можлива також поставка котла двухбарабанного, вертикально-водотрубного з природною циркуляцією, з D-образною екранованою топковою камерою і конвективним пучком, розташованим паралельно топковій камері двома транспортабельними блоками (блок котла в обшивці та ізоляції; ручна або механічна топка), в комплекті з дуттьовим вентилятором, живильним насосом, автоматикою управління і безпеки, КВП, арматурою і гарнітурою в межах котла, майданчиком і сходами.

Котли серії КЕ (кам'яне/буре вугілля) 2,5; 4,0; 6,5; 10 т / год — котли двухбарабанні, вертикально-водотрубні з природною циркуляцією, з екранованою топковою камерою і конвективним пучком, який поставляються одним транспортабельним блоком (блок котла в обшивці та ізоляції або без неї), в комплекті з КВП, арматурою і гарнітурою в межах котла, сходами і площадками, пароперегрівом (на вимогу замовника). Ізоляційні й обмурувальні матеріали в комплект поставки не входять.

Хоча газоподібне та рідке паливо набуло широкого поширення в Україні, традиційним місцевим видом палива залишається вугільне, яке відноситься до видів важкоспалюваного палива. Часи дешевого палива закінчилися, з’явилася потреба у створенні нових топкових процесів позбавлених недоліків, здатних працювати на низькосортному рядовому вугіллі.

Вугільна промисловість України щорічно виробляє мільйони тонн вугілля низької якості (штиб, відсівів), а також вугільних шламів, які мають відносно низьку вартість, менш затребувані, ніж якісні вугілля і мають теплоту згоряння, прийнятну для їх використання в комунальному господарстві та промисловості.

У шарових вугільних котлах з поворотними, рухливими та іншими типами колосникових решіток, часто механічний недопал палива сягає 40−50%, через що купи шлаку за зовнішнім виглядом іноді важко відрізнити від складованого вугілля. «Рядове вугілля» фракції 0−150 мм містить більше 30% дрібниці з розміром менше 5 мм. Після проходження системи паливоприготування, частка дрібниці збільшується до 40 — 45%, що призводить до колосального винесення (до 27%) і недопалювання (осередкове горіння) до 35−45%, реальний ККД котла при цьому становить 42−55%. Для підвищення ККД котла необхідно застосовувати сортоване вугілля або брикетоване.

Вирішення цієї проблеми полягає у використанні більш ефективних вугільних топок і котлів, що забезпечують глибоке випалювання горючих і високі екологічні показники.

Значна частина вугільних котелень укомплектована котлами малої потужності з шаровими топками в основному з ручним обслуговуванням і не має механізації паливоподачі та шлакозоловидалення. Робота персоналу характеризується значною трудомісткістю і неприпустимими санітарно-гігієнічними умовами (підвищеної загазованості і запиленістю котельного залу). Крім того, спалювання в котлах зі шаровими топками рядового низькосортного вугілля супроводжується значними втратами теплоти від механічного недопалювання більше 30% і, як наслідок, низьким значенням ККД (не більше 50−60%). Нарешті, вугільні котельні характеризуються незадовільними екологічними показниками з підвищеним вмістом сажі, золи, оксидів сірки та азоту в димових газах.

Викладені дані зумовлюють актуальність проблеми реконструкції існуючих вугільних котелень з твердопаливними котлами малої потужності. Реконструкція вугільних котелень представляє складну проблему, пов’язану з необхідністю вирішення комплексу науково-технічних, виробничих та інвестиційних задач.

Котли на твердому паливі тривалою практикою експлуатації довели свою ефективність і надійність тривалою практикою експлуатації при спалюванні широкого спектра рядового вугілля, низькосортного вугілля, вугільних шламів і дозволяють набагато знизити вартість виробленого тепла.

Поліпшення та оптимізація роботи твердопаливних котельних установок (котлів на твердому паливі) — актуальне завдання. Виконання топкових пристроїв за розробленою двоступеневої схемою, з другою щаблем виконаною у вигляді вихрової камери допалювання, дозволяє реконструювати наявні та створювати нові котли і топки з поліпшеними екологічними показниками.

Вихрова камера допалювання здійснює глибоке допалювання летких і винесення і пригнічує емісію шкідливих речовин завдяки надійному контролю низькотемпературного топкового процесу.

Котли і топки з поліпшеними екологічними показниками призначені для застосування, як типового вугілля, так і низькосортних місцевих палив. За даною схемою може бути проведена реконструкція вже встановлених котлів типу КЕ, ДЕ, ДКВР і інших з урахуванням усіх місцевих умов.

Додатково проводиться розробка вбудованих в газоходи котлів золоуловлювачів (золоуловлювальної пучки, лабіринтові і інерційні золоуловлювачі); установка топок з киплячим шаром для нових котлів чи реконструкція існуючих котлів.

Твердопаливні котли іноземного виробництва

Відповідальне ставлення до навколишнього середовища призводить до зростаючого попиту на регенеративні форми енергії. Деревина — сировина, яка відтворюється, при згорянні виділяє нейтральний газ СО₂ і є цікавою альтернативою іншим енергоносіям, з урахуванням постійно зростаючих цін на непоновлювані джерела енергії.

Біопаливні котли, в залежності від їх конкретних характеристик, можуть бути орієнтовані на різні сегменти ринку: від приватних осіб до муніципальних властей, підприємств, які мають доступ до сировини або виробляють сировину до підприємств-виробників і споживачів теплової енергії. Доцільно використовувати твердопаливні котли на всіх типах деревообробних підприємств. Можливість застосування в якості палива всіх видів відходів деревообробки дозволяє не тільки утилізувати вказані відходи на деревообробних підприємствах, а й економити на закупівлі палива. Також в умовах, коли будинок не газифікований, а електроенергія або рідке паливо як основний енергоносій недоступні, тільки твердопаливні котли дозволяють досягти необхідного рівня теплового комфорту.

У твердопаливних опалювальних котлах в якості палива використовуються дрова, вугілля, торф’яні брикети та інші тверді горючі речовини. Однак найбільше поширення набули котли на дровах, вугіллі, а також спеціально підготовлених «кульках» з деревних відходів — піллетах.

Насамперед високу ефективність спалювання палива забезпечують сучасні пальники, здатні витягти максимальну кількість енергії з деревної сировини. Наприклад, в сучасних твердопаливних котлах паливо може спалюватися двома способами: відгоряння і прогоряння (BUDERUS Logano G211, DAKON DOR, DEMRAD 30−60 E). Ефективність спалювання забезпечується за рахунок застосування системи колосників і нової конструкції камери згоряння зі спільним використанням первинного та вторинного повітря і можливістю регулювання подачі додаткового повітря. Простіше кажучи, при такому процесі горіння повітряні потоки формуються так, щоб дрова тліли в нижній частині топки, біля колосника, а продукти згоряння допалюють в додатковій камері під колосником (додатки А, Б), [15, 20, 21, 23].

Комплекти автоматики котлів ДКВр (4…20) — 13С, КЕ (4…25)-14С

Основні функції [1−3, 19, 24]:

§ Захист котла, забезпечення його зупинки при відхиленні рівня води у барабані котла, при підвищенні тиску пари у барабані, при зниженні тиску повітря та розрідженні у топці;

§ Аварійна світлова та звукова сигналізація при відхиленні технологічних параметрів від норми і запам’ятовування первинної причини аварії;

§ Ручна дистанційна зупинка котла;

§ Дистанційний пуск, зупинка і сигналізація роботи електродвигунів тягодувних машин, механізмів подачі палива;

§ Автоматичне регулювання рівня води у барабані, розрідження у топці котла, тиску повітря і навантаження котла;

§ Контроль тиску повітря у котлі, рівня води і тиску пари у барабані котла, розрідження у топці та перед димососом, температури відхідних газів та води до і після економайзера;

§ Реєстрація рівня води і тиску пари у барабані котла, росходу пари на виході котла з можливістю виводу параметрів на персональний комп’ютер (кількість точок контролю уточнюється при замовленні).

Базовий комплект поставки

§ щит управління (1740×600×600 мм);

§ комплект датчиків тиску, приборів відображення, датчиків-релє, механізмів виконуючих типу МЕО;

§ сигналізатор рівня, звуковий оповіщувач аварії, колонка виміру рівня, діафрагма камерна;

§ пакет експлуатаційної документації.

Комплекти автоматики котлів ДКВр (4…20) — 13С, КЕ (4…25)-14С відповідають вимогам СНіП II-35−76, ПБ 10−574−03, ПБ 12−529−03.

3.2 Опис димососа

До комплекту вибраного котла ДКВР (4−25) входить димосос ДН-9/1500, який зображено на рисунках 3.1, 3.2, а його характеристики — на рисунку 3.3. Заводське позначення димососа ДН-9 1500 об/хв, ціна — договірна. Основні технічні характеристики наведено у таблицях 3.1 та 3.2. Замовити та купити можна у організацій:

Виробник: Алтайський край (Барнаул) «ТЕП-Холдинг», ЗАТ; адреса: 659 303, м. Бійск, вул. Мерліна, буд. 63; телефон: (3854) 39−10−53; факс: (3854); e-mail: [email protected].

Постачальники:

1 Приморський край (Владивосток), «Промтех», ТОВ; адреса: 690 041, м. Владивосток, вул. Глінки, буд. 8а; телефон: (4232) 333 594; факс: (4232) 334 756; e-mail: [email protected].

2 Алтайський край (Барнаул,) ПО «СібТек», ТОВ; адреса: 656 922, Росія, Алтайський край, м. Барнаул, вул. Попова, буд. 258, офіс 324; телефони: (3852) 46−51−54, 46−51−57, 46−51−74; факс: (3852) 46−51−54, 46−51−57, 46−51−74; e-mail: [email protected].

Таблиця 3.1 — Основні технічні характеристики димососа ДН-9/1500

Таблиця 2 — Основні технічні характеристки димососа ДН-9 1500 об/хв. від виробника

Рисунок 3.1 — Загальний вид димососа ДН-9 1500 об/хв Рисунок 3.2 - Монтаж димососа ДН-9 1500 об/хв

Рисунок 3.3 - Технічні характеристики димососа ДН-9 1500 об/хв

Висновок

котельна установка проектування У результаті виконання курсової роботи оволоділи методами розрахунку котлів, кількості теплоносія, підбору потужності (продуктивності) котлів.

Познайомилися з останніми досягненнями у світовій практиці проектування та виробництва котлів і котельних установок, з проблемами, які реально стоять перед працівниками реального сектору виробництва та експлуатації котлів, та шляхами їх вирішення сучасними методами та технологіями.

Завдання на роботу успішно виконане.

Дякую керівникам та консультантам за слушні та професійні консультації і поради.

Список використаної літератури

1. ПБ 10−574−03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов»

2. ПБ 12−529−03 «Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления»

3. СНіП II-35−76 «Котельные установки»

4. Как подобрать котел для системы отопления http://teplo.ua/index.php?page=articles&nid=38

5. Как рассчитать мощность котла, как выбрать котел отопления? http://www.teplodvor.ru/light_podbor_kotla.php, http://www.teplodvor.ru/raschet_kotla.php

6. Как рассчитать мощность отопительного котла http://us.at.ua/publ/1−1-0−4

7. Методичні вказівки з курсового проектування «Котельні установки і водо-підготовка»

8. Отопление и вентиляция жилого здания: Метод. указ. / Сост.: П. В. Монастырев.- Тамбов: Изд-во Тамб. гос. тех. ун-та. Тамбов, 2002. — 32 с.

9. Отопление и вентиляция жилого здания: учеб. пособие /В. Ф. Васильев, Ю. В. Иванова, И. И. Суханова; СПбГАСУ. — СПб., 2010. — 72 с.

10. Парові котли для спалювання твердого палива твердопаливні котли. Котли на твердому паливі http://www.uapk.com.ua/parovye-kotly-tverdoe-toplivo.html

11. Программа ориентировочного расчета отопления http://www.teplodoma.com.ua/orient_rash_otopleniya.htm

12. Расчёт котла http://www.paco.net/~sergch/ua/faq5.htm

13. Расчет мощности отопительного котла http://www.gaztrade.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=22

14. Расчет мощности отопительного котла http://montagcity.ru/raschet_moschnosti_otopitelnogo_k, http://ctc-ukraine.com.ua/kotelp.html

15. Расчет мощности отопительного котла http://www.santehnika-svoimirukami.ru/kotel-moshnost.php