Расчет котла

ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет» Кафедра судовых энергетических установок и теплоэнергетики Курсовая работа

ФГОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»

Кафедра судовых энергетических установок и теплоэнергетики

Курсовая работа

по дисциплине

Судовые котельные установки

Выполнил: студент группы

05-СЭ Горлушин О.А.

Проверил: Резник В.М.

Калининград 2009г.


Задание на курсовую работу по дисциплине Судовые котельные установки

Паропроизводительность котла – 3000 т/ч=0,833 кг/с

Давление пара в котле – 8 бар=0,8 МПа

КПД котла – 0,86

Температура питательной воды – 80°С

Марка топлива – Мазут флотский Ф5

Прототип – КВ с экономайзером

Описание конструкции. Вспомогательные котлы

Для судовых вспомогательных паровых котлов (ВПК) характерно большое разнообразие типов, широкий диапазон параметров и паропроизводительности. При проектировании ВПК стремятся максимально упростить их конструкцию с целью повышения надежности, поскольку они в течение рейса работают непродолжительное время. Годовая наработка обычно составляет 700—1500 ч. Характеристики некоторых наиболее распространённых на флоте типов ВПК приведены в различных источниках.

На многих морских судах установлены вспомогательные котлы типа КАВ 1,6/7, поперечный разрез которого представлен на рис.3.

Котел этого типа состоит из парового коллектора 1, водяного коллектора 5 и трубной системы, собранных в сварном металлическом каркасе, образующем совместно с обшивкой газо-плотный кожух. Паровой коллектор покрыт тепловой изоляцией 2. Котел имеет один циркуляционный контур, парообразование происходит в экранных трубах 6 и трубах конвективного пучка 3. Три ряда труб 7, расположенных в шахматном порядке за экраном, являются опускными. Все трубы имеют диаметр 29 мм и толщину 2,5 мм. Общее число труб 492 шт., суммарная длина 980,3 м, масса 1600 кг.

Экран образован одним сплошным рядом труб, концы которых у коллекторов разведены в два ряда. Крепление всех труб в паровом и водяном коллекторах выполнено вальцеванием. Паровой и водяной коллекторы выполнены сварными со штампованными днищами. На заднем днище парового коллектора и обоих днищах водяного коллектора предусмотрены лазовые отверстия размером 3ООх400 мм. В паровом коллекторе установлен потолочный дырчатый щит, предназначенный для выравнивания нагрузки парового объема. В водяном объеме коллектора расположен дырчатый щит, служащий для выравнивания паровой нагрузки зеркала испарения.

Форсуночное устройство 4 состоит из паро-механической форсунки, тангенциального лопаточного ВНУ и подвижного запального устройства. Котел может работать на дизельном или моторном топливе и на мазуте.

Растопка котла производится на дизельном топливе. Пар на распыл тяжелого топлива подводится из парового коллектора котла. Воздух, необходимый для горения, подается вентилятором в кожух и по каналам, ограниченным стенками внутренней 8 и наружной 9 обшивки, поступает к ВНУ. Такая компоновка стен защищает машинное помещение от проникновения в него продуктов сгорания и уменьшает тепловые потери в окружающую среду. На входе воздуха в кожух котла установлен шибер, управляемый системой регулирования. Регулирование расхода топлива достигается изменением его давления перед форсункой. Котел может эксплуатироваться без постоянной вахты, пуск котла ВПК, вырабатывающие перегретый пар и имеющие высокую паропроизводительность, применяются на крупнотоннажных танкерах и балкерах, где пар используется для привода турбин различного назначения. Кроме того, в ряде случаев ВПК применяются также в качестве генераторов инертных газов, предназначенных для заполнения грузовых танков.

Для получения насыщенного пара, используемого потребителями различного назначения (системой теплоснабжения, насосами с паровым приводом, системой подогрева груза и др.), на современных отечественных судах применяют водотрубные автоматизированные котлоагрегаты типов КАВ и КВА. Выбор марки котлоагрегата определяется необходимыми паропроизводительностью и давлением пара.

В системах горячего водоснабжения используются автоматизированные водогрейные котлоагрегаты типа КОАВ. На крупных теплоходах и газотурбоходах, а также в качестве резервных на паротурбоходах устанавливают более мощные паровые котлы типа КВ. В отличие от КАВ они имеют воздухоподогреватель, экономайзер или пароперегреватель. Некоторые из ПК этого типа используются как генераторы инертных газов для заполнения грузовых цистерн при перевозке нефти и нефтепродуктов.

Котлы типа КАВ полностью автоматизированы и рассчитаны на эксплуатацию без постоянной вахты. В них сжигают различные виды топлива: дизельное, моторное и мазуты. При нагрузках до 20 % номинальной подача топлива в топку регулируется позиционно (включено—выключено). При нагрузках более 20 % осуществляется плавное (пропорциональное) регулирование, т. е. расход топлива и соответствующее ему количество воздуха изменяются пропорционально паропроизводительности; при этом давление пара поддерживается постоянным. В зависимости от условий размещения котлоагрегаты могут быть правой или левой модели, что определяется расположением выходного патрубка газохода (смотреть на переднюю стенку).

На рис. представлена схема вспомогательного котла КАВ 6,3/7.

Рис. Схема внешнего вида парового котла КАВ 6,3 7

В состав котла КАВ 6,3/7 входят следующие элементы: собственно паровой котел; топливная, воздушная и питательная системы; системы автоматического управления, защиты и сигнализации; система зажигания топлива; контрольно-измерительные приборы. Непосредственно на наружной обшивке установлены топливный блок 3, регулирующий блок 2, кнопочный пост «пуск-стоп» и другие устройства системы автоматического управления, а также приборы теплотехнического контроля.

Рис. Поперечный разрез парового котла КАВ 6,3 7

Парогенератор (ПГ) снабжен топочным устройством 10 с паромеханической форсункой. Крышка 11 закрывает смотровое отверстие. На пароводяном коллекторе располагаются стопорный клапан 6, главный 4 и импульсный 5 предохранительные клапаны, питательный клапан 7, водоуказатель 8, импульсный генератор 9 термогидравлического регулятора питания, клапан верхнего продувания и другая арматура. На водяном коллекторе 12 находятся клапаны нижнего продувания. Котёл крепят к судовому фундаменту с помощью четырех опор 13 и переходных стульев 1. Две опоры приварены к водяному коллектору 12, две другие — к кожуху. Питательный насос, вентилятор и блок автоматического управления (БАУ) монтируют вблизи ПГ на отдельных фундаментах.

Все паровые котлы типа КАВ аналогичны по конструкции, но имеют различные теплотехнические и массовые характеристики, габариты и состав арматуры.

На рис. 5 изображен поперечный разрез котла КАВ 6,3/7. Корпус котла состоит из парообразующих труб конвективного пучка17, экрана 11, трех рядов опускных труб 10, пароводяного 1 и водяного 12 коллекторов. Пучки 17 и 10 имеют шахматное строение. У котла типа КАВ паропроизводительностью D < 4 т/ч размер всех труб равен 29х2,5 мм. В котлах с D > 4 т/ч размер опускных труб 44,5х3 мм. Крепление труб в коллекторах (узел II) выполнено путем раздачи концов труб специальным инструментом — вальцовкой.

Коллекторы 1 и 12 сварные и состоят из обечаек и двух приварных штампованных днищ. На заднем днище пароводяного коллектора и на обоих днищах водяного коллектора сделаны овальные лазовые отверстия 13, закрываемые изнутри крышками с помощью двух наружных скоб, шпилек и гаек. К стенкам коллекторов приварены штуцера, патрубки и другие элементы для присоединения труб, арматуры и стенок кожуха.

Кожух котла сварной, газоплотный, образован двойными фронтовыми (передней, задней), боковыми и потолочной стенками, выполненными из листового и профильного проката. Наружные 15 и внутренние 16 стенки кожуха образуют межкожуховое пространство (МКП), через которое проходит воздух перед поступлением в топку. Такое устройство стен защищает котельное отделение от проникновения в него продуктов сгорания и уменьшает тепловые потери от наружного охлаждения. Жесткость конструкции кожуха обеспечивается установкой распорных скоб 5, трубных связей 2 и перегородок 4. На внутренних и наружных стенках кожуха имеются окна, плотно закрываемые крышками 14 с помощью задраек 18. Окна служат для доступа к трубным поверхностям нагрева и в МКП. На задних стенках кожуха расположено лазовое отверстие для проникновения внутрь топки.

С целью наблюдения за горением и состоянием кладки в передней и задней стенках кожуха сделаны отверстия 3, соединенные патрубком с головкой специального смотрового устройства. Корпус головки, где находится обойма с двумя синими жаростойкими стеклами, имеет внутреннюю и наружную крышки, защищающие стекла от перегрева из топки и от механических повреждений снаружи. Кирпичная кладка передней 7 и задней стенок в районе топки и частично в районе трубного пучка выполнена из огнеупорных шамотных кирпичей, установленных на слой асбестового картона. Для кладки используют кирпичи: квадратные с центральными и смещенными отверстиями для болтов, фасонные для фурмы 6 и смотровых устройств и трехгранные. В районе топки кирпичи крепят к внутренним стенкам болтами 19, головки которых утапливают в отверстие кирпича, а затем замазывают раствором мертеля.

В районе пучков труб кирпичи крепят на таврах 21 или угольниках 20. Все кирпичи скрепляют между собой раствором шамотного мертеля. Боковые и потолочные стенки, а также передние и задние стенки кожуха, свободные от кирпичной кладки, изолируют слоем асбестового картона, который со стороны газов покрыт листами из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Открытые наружные поверхности коллекторов изолируют совелитовыми плитами, укладываемыми на слой совелитовой подмазки. Плиты обтягивают металлической сеткой и покрывают слоем совелитовой штукатурки. Изоляцию обечаек коллекторов закрывают оцинкованными стальными листами, на днищах пароводяного коллектора ее оклеивают тканью и окрашивают. Торцы водяного коллектора имеют патрубки, на которые устанавливают наружные крышки.

Опоры 8 крепят к переходным стульям 9 болтами и гайками. Одну из опор закрепляют неподвижно, остальные для обеспечения свободы температурных деформаций делают подвижными. За неподвижную обычно выбирают опору, которая в плане располагается ближе к стопорному клапану с целью уменьшения влияния теплового расширения конструкции котла на деформацию главного паропровода. Следующая опора, установленная на одной с ней линии, параллельной оси коллектора, подвижна только в направлении этой линии. Третья опора подвижна в поперечном, а четвертая - в продольном и поперечном направлениях. Подвижность опоры обеспечивается тем, что отверстия под болты делают овальными. На болты всех опор надеты дистанционные втулки, высота которых на 1 мм больше толщины плиты опоры. Переходные стулья приваривают к судовому фундаменту.

На рис. показана схема топливной системы парового котла КАВ 6,37.


Рис. Схема топливной системы парового котла КАВ 6,3 7

Для растопки котла используют дизельное топливо, которое забирается насосом 7 из расходной цистерны 5 через фильтр 6 и подается к топочному устройству 13 через специальный клапан. Давление дизельного топлива поддерживается таким, чтобы обеспечить 20 %-ную нагрузку котла.

Во избежание попадания топлива в топку в случае отказа клапана 11 и при расположении расходной цистерны 5 выше уровня форсунки на трубопроводе дизельного топлива предусмотрен вертикальный участок с предохранительным устройством 8, возвышающимся над цистерной. При отсутствии избыточного давления устройство 8 сообщает топливный трубопровод с атмосферой.

Один из насосов 3 забирает основное топливо (мазут) через фильтр 2 и прокачивает его через топливный блок 4, где осуществляется подогрев топлива. Топливный блок включает секции 22 и 20 подогревателя, фильтр 21, регулятор 9 и датчик вязкости 10. При работе котла датчик вязкости воздействует на регулятор 9, который устанавливает необходимый расход греющего пара на подогреватель и тем самым обеспечивает нужный подогрев топлива. Конденсат греющего пара через конденсатоотводчик 23 направляется на слив. Из топливного блока топливо поступает через регулирующий топливный клапан 18 регулирующего блока 17 к электромагнитному ре-циркуляционному клапану 16. До тех пор, пока вязкость основного топлива не достигнет нужного значения, клапан 16 направляет его в цистерну 1, а в форсунку на горение поступает дизельное топливо. Одновременная подача в форсунку различных топлив исключается.

Как только вязкость основного топлива достигнет нужного значения, происходит автоматическое переключение работы топочного устройства на основное топливо, для распыливания которого через регулятор давления 12 подается пар из пароводяного коллектора котла, а работа насоса 7 и подача воздуха на распыл дизельного топлива прекращаются.

На пути распыливающего пара установлен сепаратор 14, из которого отсепарированная влага направляется на слив. Необходимое соотношение расходов воздуха и топлива обеспечивает регулирующий блок 17, который состоит из регулятора перепада давления топлива 19, регулирующего топливного клапана 18 и клапанов ручного регулирования перепада давления.

При изменении нагрузки котла меняется давление пара и по сигналу из БАУ приводится в действие исполнительный механизм. Последний воздействует на регулирующий топливный клапан 18, изменяющий расход топлива, и привод воздушной заслонки, расположенной в канале подвода воздуха от вентилятора к котлу, устанавливая ее в новое положение, соответствующее изменившемуся расходу топлива.


Рис. Схема питательной системы парового котла КАВ 6,3 7

Для предотвращения попадания топлива в топку при выключенном горении служит быстродействующий запорный клапан 15 с пружиной, закрывающей его при отсутствии давления в топливном трубопроводе.

Во избежание охлаждения подогретого топлива участок трубопровода между топливным блоком 4 и топочным устройством 13 обогревается паром, отбираемым из трубопровода распыливающего пара. Конденсат этого пара отводится в сливной трубопровод от сепаратора.

Схема питательной системы парового котла КАВ 6,3/7 представлена на рис.

Питание котла осуществляется конденсатом из теплого ящика 1, подаваемым одним из питательных насосов 3 по магистрали автоматического или ручного питания через ионообменный фильтр 4. На напорной магистрали автоматического питания установлен клапан 6 одноимпульсного термогидравлического регулятора прямого действия, а на магистрали ручного питания — клапан 7.

Принцип действия одноимпульсного термогидравлического регулятора прямого действия заключается в следующем. В импульсном генераторе 8 имеется герметичная кольцевая полость, образованная наружной и внутренней трубами. Внутренняя труба соединяется с паровым и водяным пространством коллектора, а кольцевая полость — с пространством над мембраной автоматического клапана 6 и заполняется дистиллированной водой, уровень которой несколько выше уровня воды во внутренней трубе. В рабочем состоянии вследствие теплообмена между водой и паром во внутренней трубе и водой в кольцевом пространстве в нем происходит частичное испарение воды и возрастает давление.

При изменении уровня воды в коллекторе, а следовательно и во внутренней трубе, меняется длина ее парового участка; в связи с этим меняется давление в кольцевой (импульсной) полости. Это давление передается мембране, жестко связанной с регулирующим клапаном 6; при этом изменяется проходное сечение клапана и устанавливается соответствующий расход питательной воды.

При переходе с автоматического питания на ручное и обратно нужно переключить манометр давления питательной воды с помощью трехходового крана 5. Количество воды, прошедшее через фильтр 4, фиксируется счетчиком 2. Для регенерации фильтра 4 предусмотрена специальная система.

№п/п Название величины Формулаи численноезначение
1 Заданиенапроектированиеиисходныеданныепопароводяномутракту
1 Полная паропроизводительностьD, кг/с 0,833
2 Давлениевпароводяном коллектореР0 ,МПа 0,8
3 Температура, С
питательнойводы,tп.в, °С 80
Насыщения, ts , °С 170,4
водыпривыходеиз экономайзера, tэк, °С 140
4 Массовоепаросодержаниепри выходеизпароводяного коллектора,x 0,999
5 Энтальпия, кДж/кг
кипящейводыприРн.п,i’ 720,9
сухогопараприРн.пi’’ 2768,4
насыщенногопарапривыходе изпароводяногоколлектора,iн.п i’(1-x)+i”x=2766,35
питательнойводы,iп.в 334,92
привыходеизэкономайзера,iэк 589,5
6 Удельныйобъем, м3/кг
питательнойводыVп.в 0,001030
привыходеиз экономайзера, Vэк 0,001080
кипящейводыприРн.п , V’ 0,001101
сухогопараприРн.п , V’’ 0,000240
насыщенногопараприVн.п V’(1-x)+V”x=0,000240
2 Определениеобъемоввоздухаипродуктовсгорания
1 Маркатоплива Мазут флотский Ф5

Состав горючей смеси, %

2 Углерод , Cг 85,3
Водород,Hг 12,4
Азот+кислород,Nг + Oг 0,3
Летучаясера , Sл г 2
3 Составрабочеймассы, %
Зола ,Ар 0,1
Влага,Wр 1
Углерод,Cр Cр =((100 – Aр - Wр ) / 100) ∙ Cг =84,36
Водород,Hр Hр =((100 – Aр – Wр ) / 100) ∙ Hг =12,26
Азот+кислород,Nр + Oр Nр +Oр =((100–Aр –Wр )/100)∙(Nг + Oг ) =0,297
Летучаясера,Sл р Sл р =((100 – Aр – Wр ) / 100) ∙ Sл р =1,98
4 НизшаятеплотасгоранияQн р , кДж/кг 40900
5 Коэффициентизбыткавоздуха,α 1,1
6 Расходраспыливающегопара, Gф, кг/кг 0,04
7 Влагосодержание атмосферноговоздуха,d, кг/кг 0,01
8 Объемтеоретически необходимогоколичества воздуха,V0 , м3 /кг V0 = 0,0889( Cр + 0,375∙Sл р ) + 0,267∙Hр – 0,0333∙Oр = 0,0889(84,36+0,375∙1,98)+0,267∙12,26-0,0333∙0,297= 10,83
9 Суммарныйобъемуглекислого исернистогогазов,VRO 2 , м3 /кг VRO 2 = 0,0187∙Kр =0,0187*(Cр + 0,375∙Sл р )= 0,0187(84,36+0,375∙1,98)=1,59
10 Объем, м3 /кг
водяныхпаров,\/н2 о VH2O =0,111∙ Hр + 0,0124∙ Wр + 1,24∙Gф + 1,6∙d∙α∙ V0 =1,612

Водяныхпаровпри α =1, V0 H 2 O

V0 H 2 O = 0,111∙ Hр + 0,0124∙Wр + 1,24∙Gф + 1,6∙d∙ V0 =1,595
Азота при α = 1, V0 N 2 V0 N 2 = 0,79∙ V0 = 0,79∙10,83=8,55
газов (продуктовсгорания) при α = 1 V0 Г = VRO 2 + V0 N 2 + V0 H 2 O =11,735
11 действительныйобъемгазов,VГ , М/КГ VГ = VRO 2 + V0 N 2 + V0 H 2 O + (1 + 1,6∙d)∙(α – 1)∙V0 = =12,835
12 Объемдолипродуктовсгорания
суммыуглекислогои сернистогогазовrRO 2 rRO 2 = VRO 2 / VГ =0,124
водяныхпаров,rH 2 O rH 2 O = VH 2 O / VГ = 0,126
Суммытрехатомныхгазов,rП rП = rRO 2 + rH 2 O = 0,249

3. Построение диаграммы IГ – t .

ϑ,°С VRO 2 =1,59 м3 /кг V0 N 2 =8,55 м3 /кг V0 H 2 O =1,595м3 /кг I0 Г кДж/кг V0 =10,83 м3 /кг I0 В кДж/кг IГ кДж/кг
C(RO2) C(RO2)* V(RO2) C(H2O) C(H2O)* V(H2O) C(N2) C(N2)*V(N2) Cв*Vo
0 1,6 2,544 1,30 11,115 1,5 2,3925 0 1,32 14,2956 0 0
200 1,79 2,8461 1,30 11,115 1,52 2,4244 3277,1 1,33 14,4039 2880,78 3565,178
400 1,93 3,0687 1,32 11,286 1,57 2,50415 6743,54 1,35 14,6205 5848,2 7328,36
600 2,04 3,2436 1,34 11,457 1,62 2,5839 10370,7 1,38 14,9454 8967,24 11267,424
800 2,12 3,3708 1,38 11,799 1,67 2,66365 14266,76 1,41 15,2703 12216,24 15488,384
1000 2,2 3,498 1,40 11,97 1,72 2,7434 18211,4 1,44 15,5952 15595,2 19770,92
1200 2,25 3,5775 1,42 12,141 1,77 2,82315 22249,98 1,46 15,8118 18974,16 24147,396
1400 2,31 3,6729 1,44 12,312 1,83 2,91885 26465,25 1,48 16,0284 22439,76 28709,226
1600 2,35 3,7365 1,46 12,483 1,87 2,98265 30723,44 1,50 16,245 25992 33322,64
1800 2,39 3,8001 1,47 12,5685 1,92 3,0624 34975,8 1,52 16,4616 29630,88 37938,888
2000 2,42 3,8478 1,49 12,7395 1,96 3,1262 39427 1,54 16,6782 33356,4 42762,64
2200 2,45 3,8955 1,50 12,825 2 3,19 43803,1 1,55 16,7865 36930,3 47496,13

№п/п Название величины Формулаи численноезначение
4. Предварительныйтепловойбалансиопределение расходатоплива
1 Относительнаятепловаяпотеря:
отхимическойнеполноты сгорания ,q3 0,005
отнаружногоохлаждения, q5 0,01
суходящимигазами,q2 q2 = 1 – (ηк + q3 + q5 ) = 1 – ( 0,86 + 0,005 + 0,01) = 0,125
2 Температура, °С
холодноговоздуха,tх.в 30
подогреватоплива,tтл 86
3 Теплоемкостьпри tх.в кДж/( м3 *К)
сухоговоздуха,Сc.в 1,3
водяныхпаров,Сн2о 1,5
4 Энтальпия, кДж/кг
Холодноговоздуха,Iх.в Iх.в. =α∙V0 (cс.в. + 1,6∙d∙cH 2 O )tх.в. = 1,1∙10,83∙(1,3 + 1,6∙0,01∙1,5)∙30 =473,18
Физическаятеплота топлива,iтл

iтл = cтл ∙ tтл =1,955∙86=168,13

cтл = 1,74 + 0,0025∙ tтл = 1,74 + 0,0025∙ 86=1,955

Энтальпия распыливающегопара,iф , кДж/кг 2800
5 Теплотавносимая распыливающимпаром Qф , кДж/кг Qф = Gф (iф – 2500) = 0,04(2800 – 2500) =12
6 Располагаемаятеплота Qр р , кДж/кг Qр р = Qн р + iтл + Qф = 40900 + 168,13 +12 =41080,13
7 Энтальпия уходящих газов, кДж/кг Iух.г. = q2 ∙ Qн р + Iх.в. + iтл + Qф = 0,125∙40,9∙103 +473,18+ 168,13+ 12 =5766
8 Температура уходящих газов tух.г., ˚С tух.г. = 320
9 Тепловаяпотеряс уходящимигазами ,Q2 ,кДж/кг Q2 =Iух - Iх.в=5766-473,18=5293
10 КПДкотла, ηк =q1 0,86
11 Коэффициентсохранения теплоты, φ φ = 1 – q5 / (q1 + q5 ) = 1 – 0,01/ (0,86 + 0,01) =0,988
12 Расчетныйрасход топливаВ, кг/с B = D(iн.п. - iп.в. ) / η∙ Qр р = 0,833(2766,35–334,92)/0,86∙ ∙41080,13 =0,057
5 Данныекрасчетутеплообменавтопкеипостроению еекомпоновочногоэскиза
1 Удельнаямощностьтопки, qт ,кВт/ м3 1650
2 Объемтопки, \/т, м3 Vт = B∙ Qр р / qт = 0,057∙41080,13 / 1650 =1,4
3 Числофорсунок, N 2
4 Расчетная производительность однойфорсунки,Вф,кг/с Bф = B / N = 0,028
5 Расчетнаядлинатопки, Lт ,м Lт = A*( Bф )0,5 = 6*(0,028)0,5 =1,004
6 Расходвоздухачерез отверстиефурмы ,Vф, м3 Vф = [α∙V0 ∙Bф (tх.в. + 273)] / 273 = [1,1∙10,83∙0,028(30 + +273)] / 273 =0,3
7 Скоростьвоздухав отверстиефурмы,wф ,м/с 40
8 Живоесечениефурмы,f , м2 f = Vф / wф = 0,3 / 40 =0,0075
9 Расчетныйдиаметр фурмы,dф =,м dф =( f /0,785) 0,5 =0,09
10 Принятыйдиаметр фурмы,dф,м Округляем до 0,1
11 Принятоеживоесечение фурмы,f, м2 f = 0,785∙ dф 2 = 0,785∙0,12 =0,00785
12 Действительнаяскорость воздухавотверстие фурмы,wф ,м/с wф = Vф / f =0,3/0,00785=38,21
13 Пароваянагрузказеркала испарения,Rз.и. ,кг/(м*с) 0,9
14 Внутреннийдиаметр,м
пароводяногоколлектора, dп.к. dп.к. = D / (Rз.и. ∙ Lт ) = 0,833 / (0,9∙1,004) =0,92
водяногоколлектора,dв.к. 0,5
15 Площадьпоперечного сечениятопки,Fт , м2 Fт = Vт / Lт =1,4 / 1,004 =1,39
16 Построениеэскизатопки уточнениеразмеровтопки, (Lт,Fт)

Lт =1,08 м

Fт =1,3 м

17 Освещеннаядлинаучастковлучевоспринимающихтруб ,м
Экрана,lэ 1,8
первогоряда притопочногопучка,lп 1,52
18 Условная лучевоспринимающая поверхностьнагрева топки,Hл , м2 Hл = Hл э + Hл р = (lэ + lп )Lт = (1,8 + 1,52)*1,08 =3,58
19 Полнаяплощадь поверхностистентопки, Fст2 Fст = Hл + 2∙ Fт = 3,58 + 2∙1,3 =6,18
20 Степеньэкранирования топки, y y = Hл / Fст = 3,58 / 6,18 =0,58
21 Эффективнаятолщина излучающегослоятопки,s,м s = 3,6∙ Vт / Fст = 3,6∙1,4 / 6,18 =0,81
6 Расчеттеплообменавтопке
1 Теплоемкостьприtг.в, кДж/( м3 *К)
СухогоВоздуха, Сс.в 1,3
водяныхпаров,Сн2о 1,5
2 ЭнтальпиякДж/кг
воздухаприtх.в. Iх.в. Iх.в. = α∙V0 (cс.в. + 1,6∙d∙cH 2 O )tх.в. = 1,1∙10,83∙(1,3 + ++1,6∙0,01∙1,5)∙30 = 473,18
газовприадиабатной температуре,Iа Iа = Qр р (1 – q3 ) + Iх.в. = 41080,13(1 – 0,005) + +473,18 =41347,9
3 Адиабатнаятемпература газов, tа , ˚С 1950
Адиабатнаятемпература газов Та, К Та = tа + 273 =1950+273=2223
4 Температурагазовна выходеизтопки, tт 1250
5 Температурагазовна выходеизтопки,Тт Тт = tт + 273 =1250+273=1523
6 Энтальпиягазовна выходеизтопки,Iт , кДж/кг 25000
7 Средняясуммарная теплоемкостьгазов, кДж/(кг*К) = (Iа - Iт ) / (tа - tт ) = (41347,9 - 25000) / /(1950 - 1250) =23,35
8 Коэффициентослаблениялучей 1/(м*Мпа)
сажистымичастицами,kс kс = 0,3(2 – α)(1,6∙ Тт / 1000 – 0,5)(Ср / Нр ) = 0,3(2– 1,1)(1,6∙ 1523 / 1000 – 0,5)(84,36 / 12,26) =3,59
трехатомнымигазами,k

k = kс ∙rп = [(2,47 + 5,06∙ rH 2 O ) /(p∙rп ∙s)0,5 - 1](1 – 0,37∙ Тт / 1000) rп = [(2,47 + 5,06∙0,126) / (0,8∙0,25∙0,81)0,5 - 1](1 – 0,37∙ 1523 / 1000) 0,25 =0,73

rп = rH 2 O + rRO2 =0,124+0,126=0,25

9 Степеньчерноты
трехатомныхгазов,aг aг = 1 – е k г ∙ r п ∙ p s = 1 – е – 0,73 ∙ 0,8 ∙ 0,81 =0,374
светящегосяпламени,aсв aсв =1 – е – ( k г ∙ r п + kc ) p s = 1–е – (0,73 + 3,59) 0,8 ∙ 0,81 =0,938
10 Коэффициентусреднения, m 1
11 Эффективностьстепени чернотыфакела, аф

aф = m∙aсв + (1 – m)aг =

= 1∙0,938 + (1 – 1)0,374 =0,938

12 Коэффицентзагрязнения экранныхтруб,ζ 0,4
13 Степеньчернотытопки,aт aт = aф / (aф + (1 – aф )y∙ ζ )= 0,938 / (0,938 + (1 – 0,938)0,58∙ 0,4) =0,985
14 КритерийБольцмана,Во Bo = [φ∙B∙] / 5,67∙10-11 ∙ζ∙Нл ∙Та 3 = [0,988∙0,057∙23,35] / 5,67∙10-11 ∙0,4∙3,58∙22233 =1,47
15 Температурагазовнавыходеизтопки
Безразмерная,Q Q = Тт / Та =1523 / 2223 =0,68
Искомая, tт tт = Q∙ Та – 273 = 0,68∙2223 – 273 =1238,64
16 Энтальпиягазовна выходеизтопки,Iт , кДж/кг 24500
17 Тепловаямощность лучевоспринимающей поверхности нагрева, Qл , кВт Qл = φ(Iа - Iт )В =0,988(41347,9–24500)0,057=948,8
7 Конструктивныйрасчетпарообразующегопритопочного пучка
1 Наружныйдиаметртруб, d,м 0,038
2 Шаг,м
Поперечный,s1 0,055
Продольный,s2 0,060
3 Числотрубводномряду, z1 z1 =(Lт / s1 ) – 0,5 = (1,08 / 0,055)– 0,5=19,14
4 Полнаядлинатруб среднегорядапучкаl, м 1,84
5 Живоесечениедля проходагазов,Fг , м2 Fг = l(Lт -z1 ∙ d) = 1,84(1,08- 19,14∙0,038) =0,65
6 Поверхностьнагрева одногоряда , Нр , м2 Нр = π∙d∙ l∙ z1 = 3,14∙0,038∙1,84∙19,14 =4,2
7 Тепловаямощность парообразующего притопочногопучка,Qп , кВт Qп = D(iн.п. – iэк ) - Qл = 0,833(2766,35 – 589,5) – 948,8 = 864,5
8 Энтальпиягазовна выходеизпучка,I1 , кДж/кг I1 =Iт -Qп /φ∙В=24500 – 864,5/0,988∙0,057 =9149,12
9 Температурагазовпри выходеизпучка, t1 , ˚С 510
10 Средняятемпература газовввпучке, tп , ˚С tп = 0,5(tт + t1 ) = 0,5(1238,64+510) =874,32
11 Средняятемпература газоввпучке,Тп Тп = tп + 273 = 874,32 + 273 =1147,32
12 Средняяскоростьгазов wг ,м/с wг = В∙Vг ∙Тп / (273∙ Fг ) = 0,057∙12,835∙1147,32 / (273∙0,65) =4,73
13 Коэффициент теплопроводностигазов, λ , Вт/(м∙К) 0,0915
14 Коэффициент кинематическойвязкости, n, м2 0,000126
15 КритерийПрандтлягазов,Pr 0,59
16 Коэффициенттеплоотдачи конвекцией, αк ,Вт(м*К) αк = (λ/d)∙(w∙d/n)0,6 ∙Pr0,33 ∙cz ∙cs =(0,0915/0,038) ∙ ∙(4,73∙0,038/0,000126)0,6 ∙0,590,33 ∙1∙0,33 =51,94
17 Плотностьтеплового потокаповерхности нагревапучка,qп ,Вт/м2 20000
18 Коэффициентзагрязнения труб,e , (м2 ∙К)/Вт 0,01
19 Температуранаружной поверхности загрязняющегослоя,tз , ˚С tз = ts + e∙ qп = 170,4 + 0,01∙20000 =370,4
20 Температуранаружной поверхности загрязняющегослоя,Тз Тз = tз + 273 =370,4 + 273 = 643,4
21 Эффективнаятолщина излучающегослоя,s,м s = 0,9d[(4s1 ∙s2 / π∙d2 ) – 1] = 0,9∙0,038 [(4∙0,055∙ ∙0,06 / 3,14∙0,0382 ) – 1] =0,065
22 Коэффициентослабления лучейтрехатомными газами,k, 1/(м*Мпа)

k = kс ∙rп = [(2,47 + 5,06∙ rH 2 O ) /(p∙rп ∙s)0,5 - 1](1 – 0,37∙ Тп / 1000) rп = [(2,47 + 5,06∙0,126) / (0,8∙0,25∙0,065)0,5 - 1](1 – 0,37∙ 1147,32 / 1000) 0,25 =3,9

rп = rH 2 O + rRO2 =0,124+0,126=0,25

23 Степеньчерноты трехатомныхгазоваг aг = 1 – е k с ∙ r п ∙ p s = 1 – е – 3,9 ∙ 0,8 ∙ 0,065 =0,18
24 Коэффициент теплоотдачи , Вт/(м2 ∙К)
излучением трехатомных газов, αл αл =5,1∙10-8 ∙аг ∙Т3 ∙[1-(Тз /Т)3,6 / 1- (Тз /Т)] =5,1∙10-8 ∙∙0,18∙1147,323 ∙[1-(643,4/1147,32)3,6 /1-(643,4/1147,32)]=27,57
от газов к стенке, α1 α1 = αк + αл = 51,94+ 27,57 =79,51
26 Коэффициент тепловой эффективности, y 0,5
27 Коэффициент теплопередачи, k, Вт/(м2 ∙К) k = y( αк + αл ) = 0,5 α1 =39,75
28 Температурный напор Δt, ˚С Dt = (t – t’’ ) / ln (t – ts ) (t’’ – ts ) =(1238,64 – 510) / ln (1238,64 – 170,4) (510 – 170,4) =635,8
29 Расчетная поверхность нагрева парообразующего притопочного пучка Нп , м2 Нп =Qп ∙103 /(k∙Dt)=864,5∙103 /(39,75∙635,8) =34,2
30 Расчетное число рядов труб в пучке z2 z2 = Нп / Нр = 34,2/ 4,2= 8,14
31 Принятое число рядов в пучке z2 * 9
32 Принятая площадь поверхности нагрева притопочного пучка Нп * , м2 Нп * = Нр ∙ z2 * = 4,2∙9 =37,8
8. Конструктивный расчет экономайзера
1 Диаметр труб.м
Наружный,d 0,038
Внутренний,dв 0,032
2 Шаг, м
поперечный s1 0,055
продольный s2 0,06
3 Ширина газохода,b,м 0,8
4 Длина труб,l,м l = Lт =1,08
5 Число труб в 1м ряду, z1 z1 = b/ s1 = 0,8/0,055=14,54
6 Поверхность нагрева 1го ряда, Нп , м2 Нп =Пd Lт z1 =3,14∙0,038∙1,08∙14,54=1,87
7 Скорость воды при 1-ходовом змеевике, wв ох , м/с

wв ох =D(Vп.в+Vэк)/(1 ,57dв2 ∙ z1 ) = 0,833∙(0,001030+

+0,001080)/(1,57∙0,0322 ∙14,54)=0,075

8 Число заходов змеевика,nз 3
9 Действительная скорость воды в трубах, wв ,м/с wв =wв ох ∙nЗ=0,075∙3=0,225
10 Живое сечение для прохода газов, Fг , м2 Fг =Lт ∙ b- l ∙ z1 ∙d=1,08∙0,8-1,08∙14,54∙0,038=0,267
11 Мощность экономайзера, Qэк, кВт Qэк =D∙(iэк -iп.в. )=0,833∙(589,5-334,92)=212,06
12 Энтальпия газов при выходе из экононайзера I3 , кДж/кг I3 = I1 -Qэк /( φВ)= 9149,12-212,06/0,988∙0,057= =5383,58
13 Температура газов при выходе из экономайзера, t3 , ˚СС 315
14 Средняя температура газов в пучке, tэк , ˚С tэк =0,5(t1 +t3 )=0,5(510+315)=412,5
15 Средняя температура газов в пучке,Тэк, К Тэк =tэк +273=412,5+273=685,5
16 Средняя скорость газов wг , м/с wг = В∙Vг ∙Тп / (273∙ Fг ) = 0,057∙12,835∙685,5/ (273∙0,267) =6,88
17 Коэф.теплопроводности, λ,Вт/мК 0,0757
Коэф.кинематической вязкости, v,м2 0,000091
18 Критерий Прандтля газов, Рг 0,61
19 Коэф. Теплоотдачи конвекцией, αк ,Вт/м2 К αк = (λ/d)∙(wг ∙d/n)0,6 ∙Pr0,33 ∙cz ∙cs =(0,0757/0,038) ∙ ∙(6,88∙0,038/0,000091)0,6 ∙0,610,33 ∙1∙0,33 =66,34
20 Средняя температура воды в экономайзере, t’эк , ˚С t’эк = 0,5(tп.в +tэк )=0,5(80+140)=110
21 Температура нар.пов-сти загрязняющего слоя, t3 ’’, ˚С t3 =t'эк+60=110+60=170
22 Температура нар.пов-сти загрязняющего слоя ,ТЗ , К ТЗ =t3 ’’+273=170+273=443
23 Эффективная толщина излучающего слоя, s, м s = 0,9d[(4s1 ∙s2 / π∙d2 ) – 1] = 0,9∙0,038 [(4∙0,055∙ ∙0,06 / 3,14∙0,0382 ) – 1] =0,065
24 Коэф. ослабления лучей З-х атомными газами, к, 1/мМПа

k = kс ∙rп = [(2,47 + 5,06∙ rH 2 O ) /(p∙rп ∙s)0,5 - 1](1 – 0,37∙ Тэк / 1000) rп = [(2,47 + 5,06∙0,126) / (0,8∙0,25∙0,065)0,5 - 1](1 – 0,37∙ 685,5/ 1000) 0,25 =5,07

rп = rH 2 O + rRO2 =0,124+0,126=0,25

25 Степень черноты З-х атомных газов, аг aг = 1 – е k с ∙ r п ∙ p s = 1 – е – 5,07 ∙ 0,8 ∙ 0,065 =0,23
26 Коэффициент, теплоотдачи излучением З-х атомных газов, aл , Вт/м2 αл =5,1∙10-8 ∙аг ∙Т3 ∙[1-(Тз /Т)3,6 / 1- (Тз /Т)] =5,1∙10-8 ∙∙0,23∙685,53 ∙[1-(443/685,5)3,6 /1-(443/685,5)]=8,52
27 тепловой эффективности, y, Вт/м2 0,65
28 Теплопередачи, к, Вт/м2 k = y( αк + αл ) =0,65(66,34+8,52)=48,66
29 Температурный напор,Δt ˚С

Δt=[(t1 -tп.в. )-(t3 -tэк )]/ln[(t1 -tп.в. )/(t3 -tэк )]=[(510-80)-

-(315-140)]/ln[(510-80)/(315-140)]=283,64

30 Расчетная поверхность нагрева экономайзера, Нэк , м2 Нэк = Qэк *1000 / (k * Δt)= =212,06*1000/(48,66*283,64)=15,36
31 Расчетное число рядов труб в пучке, z2 z2 =Нэк/Нр=15,36/1,87=8,21
32 Принятое число рядов труб в пучке, z2 * 9
33 Принятая поверхность нагрева экономайзера, Нэк * , м2 Нэк * = Нр ∙ z2 * = 1,87∙9 =16,83
ОТКРЫТЬ САМ ДОКУМЕНТ В НОВОМ ОКНЕ