Завдання на контрольну роботу

034-119

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання контрольної роботи

з дисципліни «Котельні установки малої та середньої потужності» для студентів спеціальності 7.092108, 8.092108 “Теплогазопостачання та вентиляція”

денної та заочної форм навчання

Рекомендовано до друку

методичною комісією

за спеціальністю 7.092108, 8.092108

“Теплогазопостачання та вентиляція”

Протокол № 2 від 28 жовтня 2008р.

Рівне-2009

Методичні вказівки до виконання контрольної роботи з дисципліни «Котельні установки малої та середньої потужності» для студентів спеціальності 7.092108, 8.092108 “Теплогазопостачання та вентиляція” денної та заочної форм навчання / В. А. Волощук, А. К. Денісов, І. П. Трофимчук - Рівне: НУВГП, 2009 р. – 16 с.

Укладачі: В. А. Волощук, к.т.н., доцент;

А. К. Денісов, ст. викладач;

І. П. Трофимчук асистент.

Відповідальний за випуск В.І.Лозбін, д.т.н., професор, завідувач кафедри теплоенергетики та машинознавства.

© Волощук В. А., 2009

© Денісов А. К., 2009

©Трофимчук І. П., 2009

© НУВГП, 2009

Зміст

Вступ

В системі підготовки інженерів виконання контрольної роботи по технічним дисциплінам є одним з найбільш ефективних видів учбових занять. Вивчаючи дисципліну «Котельні установки малої та середньої потужності» студенти енергетичних спеціальностей виконують контрольну роботу, яка включає розрахунок теплового балансу парового котла малої та середньої потужності та графічну частину. Самостійне виконання контрольної роботи допомагає студентам краще засвоїти теоретичні основи дисципліни, навчитись використовувати довідковий матеріал, сприяє розвитку у студентів навичок роботи в галузі енергетики.

В даних методичних вказівках розглядається методика виконання контрольної роботи - теплового розрахунку котельного агрегату. Під час розрахунку за даними величинами поверхонь нагріву елементів котлоагрегату визначають розподіл температур по газоходам, розміри топки в ньому і економічність його роботи. Студентам, згідно з отриманими ними умовами завдання (тип котла, його паропродуктивність, параметри пари та вид палива), необхідно виконати тепловий розрахунок заданих поверхонь нагріву, власне котла, з визначенням температур газів, ККД котельної установки, витрати палива та відобразити конструкцію котла із врахуванням вибраних, по своєму завданню, основних поверхонь нагріву. При виконанні теплового розрахунку котлоагрегату студентам рекомендується дотримуватись приведеної нижче послідовності розрахунку.

Таблиця 1

Завдання на контрольну роботу

Величина

Остання цифра залікової книжки

Паливо газ (мазут)

Тверде паливо

Паливо газ (мазут)

Тверде паливо

Паливо газ (мазут)

Тверде паливо

Паливо газ (мазут)

Тверде паливо

Паливо газ (мазут)

Тверде паливо

Паливо газ (мазут)

Тверде паливо

Паливо газ (мазут)

Тверде паливо

Паливо газ (мазут)

Тверде паливо

Паливо газ (мазут)

Тверде паливо

Паливо газ (мазут)

Тверде паливо

Тип котла

ДКВр-2, 5-13

ДКВр-4-13

ДКВр-6, 5-13

ДКВр-10-13

Де-4-14-ГМ

КЕ-4-14

Де-6, 5-14-ГМ

КЕ-6, 5-14

Де-10-14-ГМ

КЕ-10-14

Б-25/15ГМ

Б-35-40

Е-25-14ГМ

К-35-40

ГМ-50-1

ТП-35-У

БКЗ-75-39 ГМ

БКЗ-75-39 ФБ

Е-75-40К

К-50-40-1

,

Величина

Передостання цифра залікової книжки

Паливо

Вугілля Кузнецьке марки Ж

Природний газ Саратовський

Вугілля Донецьке марки Г

Природний газ Дашавський

Природний газ Шебелинський

Мазут малосірковий марки 100

Вугілля Печорське марки Ж

Вугілля Донецьке марки Д

Природний газ Дашавський

Вугілля Донецьке марки Г

Послідовність виконання контрольної роботи

1. Перед виконанням КР необхідно вивчити конструкцію котельного агрегату, обрати характеристики котла, конструктивні дані.

2. Вибрати тип топки по паропродуктивності і роду палива, а також втрати , , .

3. Вибрати температуру відхідних газів , температуру на виході з топки , коефіцієнт надлишку повітря за топкою , розбити газовий тракт на газоходи, визначити присмоки повітря в газоходи котла .

4. Вибрати елементарний склад палива та його характеристики. Розрахувати , , , .

5. Розрахувати ентальпії продуктів згорання та повітря по газоходам. Скласти -таблицю при різних .

6. Скласти тепловий баланс котельного агрегату. Визначити втрати теплоти з відхідними газами , ККД котельного агрегату, витрату палива, розміри топки.

Завдання на виконання контрольної роботи студенти заочної форми навчання отримують безпосередньо у викладача під час зимової сесії. Відсутність на зимовій сесії не звільняє від отримання завдання, і тим більше від виконання контрольної роботи. Виконана контрольна робота повинна бути перевірена за 25 днів до наступної сесії. Виконання контрольної роботи передбачає попереднє самостійне вивчення теоретичного матеріалу. Перелік питань завдання, його зміст та об’єм студент повинен точно зрозуміти, а при необхідності уточнити та з’ясувати у викладача незрозумілі положення, при отриманні завдання.

Перелік позначень

Паливо:

– секундна витрата палива, кг/с, нм³/с;

- розрахункова витрата палива з поправкою на механічну неповноту згорання, кг/с;

- нижня теплота згорання на робочу масу, кДж/кг;

- нижча теплота згорання 1 м³ сухого газу, кДж/нм³.

Повітря і продукти згорання:

а) об’єм на 1кг твердого і рідкого палива, на 1нм³ газоподібного палива:

- теоретично необхідний для згорання об’єм повітря нм³/кг чи нм³/нм³;

- теоретичний об’єм виходу азоту (при a=1), нм³/кг чи нм³/нм³;

- сумарний об’єм виходу вуглекислоти СО₂ і сірчистого газу нм³/кг чи нм³/нм³;

- об’єм продуктів згорання при a=1, нм³/кг чи нм³/нм³;

- середнє значення об’єму газів в газоході, нм³/кг чи нм³/нм³;

- об’ємні долі сухих трьохатомних газів, водяних парів і сумарна;

- сумарний парціальний тиск трьохатомних газів, МПа.

б) ентальпії:

- ентальпія повітря, теоретично необхідного для горіння, кДж/кг чи кДж/нм³;

- ентальпія продуктів згорання 1 кг чи 1нм³ палива при a=1, кДж/кг чи кДж/нм³;

- ентальпія продуктів згорання 1 кг чи 1нм³ палива при a> 1, кДж/кг чи кДж/нм³;

- ентальпія продуктів згорання на виході з топки, кДж/кг чи кДж/нм³;

- ентальпія продуктів згорання за 1-м конвективним пучком, кДж/кг чи кДж/нм³;

- ентальпія продуктів згорання за пароперегрівачем, кДж/кг чи кДж/нм³;

- ентальпія продуктів згорання за 2-м конвективним пучком, кДж/кг чи кДж/нм³;

- ентальпія продуктів згорання за економайзером, кДж/кг чи кДж/нм³;

- ентальпія продуктів згорання за повітропідігрівачем, кДж/кг чи кДж/нм³;

- ентальпія продуктів згорання за котлоагрегатом, кДж/кг чи кДж/нм³.

в) коефіцієнти надлишку повітря:

- коефіціент надлишку повітря в топці;

- те ж за 1-м конвективним пучком;

- те ж за пароперегрівачем;

- те ж за 2-м конвективним пучком;

- те ж за економайзером;

- те ж за повітрепідігрівником;

- те ж за котлоагрегатом (у відхідних газах);

- притік повітря в газоходах (топка, пароперегрівник, економайзер).

г) температури:

- температура повітря на вході в повітряпідігрівник і на виході з нього, ^оС;

- теоретична (адіабатна) температура горіння палива, ^оК;

- температура (абсолютна) на виході з топки, ^оК;

- температура на виході з топки, С^О;

- температура продуктів згорання за 1-м конвективним пучком, ^оС;

- те ж за пароперегрівачем, ^оС;

- те ж за 2-м конвективним пучком, ^оС;

- те ж за економайзером, ^оС;

- те ж за повітрепідігрівачем, ^оС;

- температура вихідних газів, ^оС.

Вода і пара:

- паропродуктивність котла, кг/год, т/год;

- теж радіаційної поверхні нагріву, кг/год, т/год;

- теж 1-го конвективного пучка, кг/год, т/год;

- теж 2-го конвективного пучка, кг/год, т/год;

- температура живильної води, ^оС;

- температура води на вході в економайзер і на виході з нього, ^оС;

- температура насиченої пари, ^оС;

- температура перегрітої пари, ^оС;

- ентальпія живильної води, кДж/кг;

- ентальпія води при кипінні, кДж/кг;

- ентальпія перегрітої пари, кДж/кг;

- ентальпія пари (води) на вході у поверхню і на виході з неї, кДж/кг;

- теплота пароутворення, кДж/кг;

- ступінь сухості пари.

Тепловий баланс, кількості тепла і теплового навантаження:

- тепло, що корисно використовується, кДж/кг (кДж/нм³), %;

- втрата тепла з вихідними газами, кДж/кг (кДж/нм³), %;

- втрата тепла від хімічної неповноти згорання, кДж/кг (кДж/нм³), %;

- втрата тепла від механічної неповноти згорання, кДж/кг (кДж/нм³), %;

- втрата тепла в навколишнє середовище, кДж/кг (кДж/нм³), %;

- втрати з фізичною теплотою шлаків, кДж/кг (кДж/нм³), %;

- втрата тепла в навколишнє середовище в області: топки, 1-го конвективного пучка, пароперегрівача, 2-го конвективного пучка, економайзера, повітроперегрівача, %;

- корисно використане тепло: в топці, в 1-му конвективному пучку, в 2-му конвективному пучку, в пароперегрівачі, в економайзері, повітрепідігрівачі, кДж/год;

- питоме теплове навантаження топкового об’єму, кВт/м³;

- питоме теплове навантаження дзеркала горіння, кВт/м²;

- коефіцієнт корисної дії котельної установки.

Теплопередача:

-коефіцієнт послаблення випромінювання трьохатомними газами, (м МПа)^-1;

- коефіцієнт послаблення променів золовими частинками, (м МПа)^-1;

- коефіцієнт послаблення променів сажистими частинками, (м МПа)^-1;

- коефіцієнт послаблення променів частинками коксу(м МПа)^-1;

- ступінь чорноти факела;

- ступінь чорноти топки;

- коефіцієнт тепловіддачі міжтрубним випромінюванням продуктів згорання, Вт/м² град;

- коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки конвекцією, Вт/м² град;

- сумарний коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки, Вт/м² град;

- коефіцієнт тепловіддачі від стінки до теплоносія, Вт/м² град;

- коефіцієнт теплового опору зовнішнього забруднення (коефіцієнт забруднень) м² град/Вт;

- коефіцієнт теплової ефективності;

- коефіцієнт використання поверхні нагріву;

- коефіцієнт теплопередачі, Вт/м² град;

- швидкість газів, пари, води, повітря (ставиться відповідний індекс), м/сек.

Геометричні характеристики

- об’єм топкової камери, м³;

- площа дзеркала горіння, м²;

- поверхня нагріву (індекс внизу – назва поверхні), м²;

- поверхня стін, м²;

- кутовий коефіцієнт;

- ступінь екранування топки;

- умовний коефіціент забруднень променесприймаючих поверхонь;

- площа променесприймаючої поверхні, м²;

- ефективна товщина газового шару, м;

- зовнішній та внутрішній діаметри, мм, м;

- поперечний та поздовжній кроки труб, мм, м;

та - живий переріз для проходу газів, пари, води, повітря (індекс внизу – назва газоходу), м²;

1. Технічна характеристика палива

Для заданого палива необхідно записати його технічну характеристику, яка включає: елементарний склад, теплоту згорання, приведену зольність, вологість, температури початку деформації, розм’якшення і рідкого стану золи, вихід летючих. Розрахункові характеристики палива подані в [1].

2. Вибір топки

Тип топки приймаємо в залежності від паропродуктивності котла (вміст летючих речовин, характеристики твердого залишку), використовуючи при цьому рекомендації, що наведені в [1, 2, 3]. Для вибраної топки слід виписати розрахункові характеристики топки, що включають в себе видимі теплові навантаження дзеркала горіння , видиме теплове навантаження топкового об’єму , коефіцієнт надлишку повітря в топці , втрату від хімічної неповноти згорання , втрату від механічної неповноти згорання , і т.д.

3. Обґрунтування встановлення пароперегрівача

Доцільність встановлення пароперегрівника вирішується в залежності від заданої температури пари. Якщо за умовою завдання котлоагрегат повинен виробляти перегріту пару, то необхідно влаштувати пароперегрівник.

4. Вибір хвостових поверхонь нагріву

Для котлоагрегату, що розраховується, вибираються хвостові поверхні нагріву, які певним чином залежать від виду палива. Якщо в умовах завдання дане паливо висококалорійне (антрацит, кам’яне вугілля, природний газ, мазут), то в якості хвостової поверхні котлоагрегату використовується водяний економайзер, а якщо паливо низькокалорійне і з високим вмістом вологи (буре вугілля, торф, доменний газ) - необхідно встановити повітряпідігрівник.

5. Схема котельної установки

Після вибору топкового пристрою і допоміжних поверхонь нагріву слід зробити робоче креслення котлоагрегату. На кресленні котел повинен бути показаний в компоновці з топковим пристроєм та допоміжними поверхнями нагріву. При цьому слід вивчити конструкцію котла, циркуляційні контури пароводяної суміші, шлях руху топкових та відхідних газів, використовуючи довідковий матеріал [2, 3, 4, 5, 10], скласти таблицю основних технічних та конструктивних характеристик котла. По даним конструкції котла слід визначити площу живого поперечного перерізу газоходів котла. Ці величини будуть необхідні при розрахунку швидкостей топкових газів по газоходам котла.

6. Розбивка газового тракту котлоагрегату на окремі газоходи

Теплопередачу від газів до середовища, що нагрівається розраховуємо для окремих ділянок поверхні нагріву котлоагрегату. Тому тракт газів розбиваємо на ділянки, що називаються газоходами, в межах яких розташовані окремі пучки труб котла, пароперегрівника та хвостової поверхні нагріву. По таблиці присмоку повітря в газоходах котельних агрегатів слід визначити значення присмоку повітря Da в газоходах запроектованого котлоагрегату, потім значення коефіцієнтів надлишку повітря в кінці кожного газоходу окремо, починаючи від топки. Коефіцієнт надлишку повітря в кінці ділянки газоходу дорівнює сумі коефіцієнтів надлишку повітря в кінці попереднього газоходу та присмоку повітря в даному газоході [1, 3].

7. Об’єми і ентальпія повітря та продуктів згорання

Формули для визначення об’ємів та ентальпії повітря і продуктів згорання наведені у [1]. У всіх розрахунках теоретична і дійсна кількість повітря, а також об’єми газоподібних продуктів згорання приймаються при нормальних умовах. Результати розрахунків будуть представлені у вигляді таблиць 2, 3.

Таблиця 2

Ентальпія продуктів згорання ( -таблиця)

Температура після поверхні нагріву , оС	, кДж/кг, кДж/нм3	, кДж/кг, кДж/нм3	кДж/кг, кДж/нм3
a1	a2	a3	a4
І	DІ	І	DІ	І	DІ	І	DІ

Таблиця 3

Об’єми газів, об’ємні долі трьохатомних газів, концентрація золи

Величина	Розмірність
Газоходи
Середні значення коефіцієнта в газоходах
	-
	-
	-

8. Втрата тепла з відхідними газами

Відносну втрату тепла з відхідними газами розраховуємо за формулою: ()

, (8.1)

де - ентальпію відхідних газів, визначаємо за – таблицею при заданій температурі відхідних газів та при коефіцієнті надлишку повітря за котлоагрегатом - . При заданій температури відхідних газів слід керуватися рекомендаціями, які наведені в [1, 2, 3].

В середньому температуру відхідних газів для котлів малої паропродуктивності при наявності хвостової поверхні нагріву можна прийняти .

9. ККД котельної установки

Коефіцієнт корисної дії брутто котельної установки, розраховується за формулою, ()

. (9.1)

Втрату слід розбити на складові відповідно ділянкам поверхонь нагріву котлоагрегату за формулою, ()

. (9.2)

1. Витрата палива

Годинна витрата палива визначається за формулою (кг/с, нм³/с)

. (10.1)

Ентальпія перегрітої пари знаходиться за таблицею перегрітої пари при відомих тиску та температурі пари. Для насиченої пари ентальпія знаходиться за формулою (кДж/кг);

, (10.2)

де степінь сухості пари приймається = 0, 98-0, 99.

Ентальпію живильної води визначаємо за таблицями води та перегрітої пари в залежності від тиску та температури живильної води.

По нормах технічної експлуатації котельних установок, в тому числі і промислових котельних установок малої паропродуктивності, живильна вода перед подачею її в котел проходить деаерацію, і тому її температура складає . Якщо в котельній установці за якихось причин не передбачається деаерація живильної води, тоді слід приймати її температуру дещо вище температури точки роси топкових газів , тобто .

Температура точки роси топкових газів - це температура насичення водяних парів, що знаходяться в топкових газах. Вона залежить від парціального тиску водяних парів в димових газах та знаходиться за таблицями насиченої водяної пари.

Для подальших розрахунків необхідно визначити коефіцієнт збереження теплоти

. (10.3)

Література

1. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. М.: Энергия, 1973.

2. Александров В.Г. Паровые котлы средней и малой мощности. – М. – Л., изд-во «Энергия», 1966. – 248 с.

3. Справочник по котельным установкам малой производительности / К. Ф. Роддатис, А. Н. Полтарецкий. – Москва. Энергоатомиздат, 1989 – 488 с.

4. Зах Р. Г. Котельные установки. М., «Энергия», 1968, 352 с.

5. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектированеи: Учеб. Пособие для техникумов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1989. – 280 с.

6. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки: Учебник для техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1985. – 400 с.

7. Ліхтман М.Ю., Храмович Л.О. Обладнання і експлуатація котелень: Запитання і відповіді. – К.: Техніка, 1997. 240 с.

8. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. - – М.: Энергоатомиздат, 1988. –582 с.

9. Семененко Н.А., Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий. – М. – Л., изд-во «Энергия», 1960. – 392 с.

10. Паровые и водогрейные котлы: Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 128 с.