Конструкция утилизационного парового котла

ФГОУ ВПО

КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Судовые энергетические установки и теплоэнергетика» 

Курсовой  проект

по  дисциплине “теплогенерирующие установки” 
 
 
 
 
 

      Выполнил  студент гр. 08-ТВ

Махов С. Ю.

Проверил: Филонов  А.Г. 
 
 
 
 
 
 

    Калининград 2011

       Содержание 

      Введение

      1 Конструкция утилизационного парового  котла 

          1.1 Задание

          1.2 Описание конструкции  утилизационного парового котла  и обоснование 

          выбора основных его узлов

      2 Тепловой расчет

      2.1 Исходные данные

      2.2 Расчет состава рабочей массы  топлива

      2. 3 Расчет объемов воздуха и  продуктов сгорания

      2.4 Определение теплосодержания дымовых  газов

      2.5 Тепловой баланс парового котла

      2.6 Расчет теплообмена в испарительном  пучке

      2.7 Расчет теплообмена в экономайзере

      3 Газодинамический расчет парового  котла

          3.1 Исходные данные 

          3.2 Расчет газового  тракта 

      4 Расчет сепаратора

          4.1 Исходные данные

          4.2 Определение конструктивных  размеров сепаратора

      5 Расчет на прочность парового  котла и сепаратора

          5.1 Исходные данные

          5.2 Расчет на прочность

      6 Результаты расчета

      7 Перечень мероприятий по повышению  эффективности и надежности утилизационного  парового котла

      8 Охрана труда и техника безопасности

      9 Охрана окружающей среды

      10 Литература

      11 Графическая часть

          11.1 Чертеж УПК

          11.2  Чертеж сепаратора 
 
 
 

     1 Конструкция  утилизационного парового котла

1.1 Задание

     

Наименование	Обозначение	Единицы измерения	Числовое значение
Вариант			53
Мощность  двигателя	Ne	кВт	4200
Удельный  расход топлива	be	Кг/кВт ч	0,214
Коэффициент избытка воздуха	a	-	2,2
Температура газов на входе в утилькотел	tг	°С	440
Марка топлива	-	-	Моторное
Давление  пара в сепараторе	Рк	МПа	0,8
Температура питательной воды	tПВ	°С	-

 

Расчетная схема  утилизационного котла

    

1. Испарительная поверхность;
2. Экономайзер;
3. Сепаратор;
4. Отбойный козырек;
5. Подводящий котел;
6. Вертикальный жалюзийный пакет;
7. Циркуляционный насос;
8. Питательный насос.

 

     1.2 Описание  конструкции утилизационного котла  и обоснование выбора основных  его узлов 

    Утилизационные  паровые котлы

    Утилизационные  паровые котлы устанавливают  на строящихся и находящихся в  эксплуатации судах. Котлы нашли  применение на транспортном флоте как  эффективное средство экономии топлива. Применяются они для утилизации тепла дымовых газов дизельных  и газотурбинных установок. На промысловом  флоте, где 95 % судов – дизельные, утилькотлы не нашли пока широкого применения. Одной из основных причин такого положения послужила длительная эксплуатация энергетических установок  промысловых судов на переменных режимах. В настоящее время применяются  самые разнообразные типы утилькотлов: огнетрубные и водотрубные, горизонтальные и вертикальные, с естественной и  принудительной циркуляцией.

    Паровой котел имеет поверхность нагрева, которая состоит из 22-х параллельно  включенных змеевиков. Каждый змеевик  включает две последовательно соединенные  спирали, выполненные из труб диаметром 29х2,5 мм. Концы змеевиков приварены  к стаканам. Последние вварены во входной поз. 20 и выходной коллекторы поз.21, изготовленные из труб диаметров 133х8 мм из стали марки 10. Коллекторы приварены к жесткой стальной раме, которая крепится к обшивке фланцами и болтами. В каждом стакане входного коллектора ввернута втулка с дроссельной шайбой, диаметр которой определяется расчетом. В стаканах выходного коллектора сделана такая же резьба, как и для крепления втулки. В случае выхода из строя змеевика резьбовые отверстия используют для установки заглушек. С этой целью напротив каждого змеевика в наружном стакане расположены отверстия, закрываемые пробками. Гильза служит фильтром и имеет отверстия диаметром 8 – 10 мм для прохода воды, общая площадь которых в три-четыре раза превышает сечение трубы змеевика. Змеевики лежат на нижней крестовине поз. 1 и прижимаются к ней верхней крестовиной поз. 2 с помощью стяжных шпилек поз. 3, приваренных к газоперепускной трубе поз. 4. Для фиксации шага в пучке и обеспечения зазора между змеевиками предназначены дистанционные гребенки и полосы, устанавливаемые радиально. При диаметре кожуха до 1200 мм количество гребенок и соответственно полос равно четырем, при большем диаметре их может быть до шести. Кожух парового котла цилиндрический, газоплотный состоит из приемной камеры, обшивки и выпускаемой камеры, соединенных между собой фланцами и болтами. Приемная камера поз. 5 представляет собой цилиндр с конусным днищем, на котором расположены патрубок для приема газов поз. 6, патрубки – для дренажа воды поз. 7 и спуска гудрона поз. 8. Для доступа в камеру имеется окно со съемным щитом поз. 9.

    Паровой котел прикреплен к фундаменту двумя  горизонтальными опорами на приемной камере поз. 10 и одной вертикальной опорой поз. 11 на выпускной камере. Последняя состоит из обечайки, конусного днища и выпускного газового патрубка. Для транспортировки парового котла предусмотрены два обуха поз. 12.  
 

     В приемной камере  
поз. 5 смонтировано газоперепускное устроиство, состоящее из газоперепускной трубы поз. 4, регулирующей заслонки поз. 13 консольного типа и привода поз. 14 к ней. Изоляция наружных поверхностей парового котла представляет собой слой совелитовой штукатурки, накладыываемый на стальной лист кожуха. Поверх слоя уложены совелитовые плиты, на которые натянута металлическая сетка, прикрепленная к кожуху приваренными шпильками. Далее следует слой совелитовой штукатурки, покрытый тонколистовой оцинкованной сталью. Фланцевые соединения, коллекторы, съемные щиты изолированы асбестовыми матрацами, выполненными из асбестовой ткани с наполнителем из совелитового порошка. Арматура парового котла включает клапаны циркуляционной воды поз. 15 , два клапана осушения поз. 16, предохранительный клапан поз. 17, клапан выпуска воздуха поз. 18. Обмывочное устройство располагается над трубным пакетом и предназначено для обмывки наружных поверхностей змеевиков горячей водой. Оно состоит из кольцевой трубы поз. 19 с тремя рядами отверстий диаметром 4 мм. Труба крепится кронштейнами и хомутами к верхней крестовине поз. 2. 

    Сепаратор

  

Сепаратор парового котла с принудительной циркуляцией является емкостью с  запасом воды, достаточным для  компенсации возможных колебаний  уровня при запуске парового котла  и во время переменных режимов  работы. Сепаратор в составе котельной  установки предназначен не только для  очистки пара от капель воды, что  необходимо для снижения эрозии паропроводов, измерения расхода пара, если пар  насыщенный, и для повышения надежности работы пароперегревателя, если есть необходимость  в выработке пара с температурой более 160 – 190 °С, но и как резервуар воды, необходимый для запуска котла и для компенсации колебаний уровня при переменных режимах работы котла. Различают сепараторы вертикальные и горизонтальные. Первые более компактны и удобно располагаются в машинно-котельных отделениях судов. Однако из-за высокой влажности вырабатываемого пара (5 – 10 %) их обычно применяют для низкой производительности (менее 3000 кг/ч). При большей мощности котла применяют горизонтальные сепараторы, так как в них можно обеспечить меньшие скорости подъема пара. Однако, такое объяснение правильно только тогда, когда применяются сепарационные устройства, отделяющие крупные капли (сепараторы грубой очистки). В настоящее время можно получать пар с влажностью менее 0,5 % без увеличения объема сепаратора. Для этого достаточно применить сепараторы тонкой очистки – вертикальные пакеты жалюзи или сеток. В этом случае разница в расположении сепараторов исчезает и можно применять только вертикальные, так как они занимают меньше места в плане. Снижать влажность насыщенного пара необходимо для предотвращения эрозионного износа паропроводов, уточнения измерения расхода пара и обеспечения нормальной работы пароперегревателя. Сепаратор представляет собой цилиндрический сосуд вертикального или горизонтального расположения. Вертикальные сепараторы более удобны для размещения, их обычно применяют в установках небольшой мощности. Высокопроизводительных УПК, где требования к качеству насыщенного пара, идущего на перегрев, значительно выше, применяют горизонтальные сепараторы, которые при заданном диаметре за счет длины могут иметь большую площадь зеркала испарения. Горизонтальные сепараторы УПК по внутреннему устройству, комплекту и размещению арматуры, контрольно-измерительных приборов и средств автоматики мало отличаются от пароводяных коллекторов ВПК. Вертикальный сепаратор имеет несколько иное конструктивное исполнение внутренних частей, расположение арматуры и опор. Вертикальный сепаратор УПК состоит из корпуса поз. 1, изоляции поз.2, обухи поз. 3, внутри сепаратора установлены козырек поз. 4, питательная труба поз. 5 и отбойный щит. Корпус представляет собой сварную конструкцию из цилиндрической обечайки и двух эллиптических днищ. На обечайке имеется лаз поз. 6 размером 300х400 мм. В корпус вварены патрубки с фланцами для присоединения водоуказателя поз. 7, стопорного клапана поз. 8, питательного клапана поз. 9, клапана продувания поз. 10,  предохранительного клапана поз. 11 К патрубку 12 присоединяется клапан циркуляционной воды. Козырек поз. 13 предотвращает захват пара циркуляционной водой, особенно при понижении уровня воды. Труба поз. 14 имеет три ряда отверстий диаметром 7 мм для равномерного распределения питательной воды внутри корпуса. Отбойный щит создает вращательное движение потоку поступающей пароводяной смеси с целью использования центробежного эффекта для лучшего отделения воды от пара. Поток направлен в сторону, противоположную водоуказателю. С помощью опор поз. 15 сепаратор крепится к судовому фундаменту. У вертикального сепаратора их две в нижней части (одна из них подвижная) и одна (подвижная) в верхней части. Автоматическое регулирование уровня воды в сепараторах производится с помощью термогидравлического регулятора.

      В мощных утилизационных установках с паропроизводительностью  
D = 20 000 кг/ч и более применяют более сложные гидравлические регуляторы питания ДРП – 80. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 Тепловой  расчет парогенератора

    2.1 Исходные данные

     

Наименование	Обозначе-ние	Единицы измере-ния	Числен-ное значение
Элементарный  состав горючей массы Дизельного топлива	СГ	%	86,5
	НГ	%	12,6
	NГ	%	0,3
	ОГ	%	0,2
	SГЛ	%	0,4
Зональность топлива	АР	%	0,05
Влажность топлива	WР	%	1,5
Теплота сгорания сухой массы топлива	QpН	МДж/кг	40,8
Мощность  двигателя	NЕ	кВт	4200
Удельный  расход топлива	bе	Кг/кВт.ч	0,214
Коэффициент сохранения тепла (приближенный)	j	-	0,95
Температура газов на входе в котел	tГ	°С	440
Энтальпии газов на входе в котел	JГ	кДж/кг	15091
Давление  пара в сепараторе	РК	МПа	0,8
Температура насыщения пара	ts	°С	169,61
Энтальпия сухого насыщенного пара	i11	кДж/кг	2767,5
Теплота парообразования	r	кДж/кг	2050,3
Энтальпия кипящей воды	i1	кДж/кг	717,2
Температура питательной воды	tПВ	°С	50
Энтальпия питательной воды	iПВ	кДж/кг	210
Влажность пара	у	-	0,005
Продувка  воды из сепаратора	р	%	5,0
Коэффициент учитывающий стоимость монтажа  оборудования	КМ	-	1,2
Температура холодного воздуха	tХВ	°С	30
Энтальпия холодного воздуха	J0ХВ	кДж/кг	800
Температура газов за котлом (уточненная)	tУХ	°С	250
Энтальпия газов за котлом	JУХ	кДж/кг	8500
Плотность трехатомных газов	rRO2	кг/м3	1,965
Плотность двухатомных газов	rR2	кг/м3	1,25
Плотность водяных паров	rН2О	кг/м3	0,804
Плотность влажного воздуха	rВ	кг/м3	1,293
Объем трехатомных газов	VRO2	кг/м3	1,59
Объем двухатомных паров	VR2	кг/м3	8,52
Объем водяных паров	V0Н2О	кг/м3	1,57
Объем влажного воздуха в дымовых  газах	V0вл.в	кг/м3	10,9
Паропроизводительность  котла	Dк	кг/с	0,62
Расход  топлива на двигатель	В	кг/с	0,25
Коэффициент сохранения тепла	j	-	0,968
Температура газов за пучком	tЗП	°С	285
Объем продуктов сгорания	VГ	кг/м3	24,76
Диаметр труб парогенератора	d	м	0,029
Поперечный  шаг труб	S1	м	0,042
Продольный  шаг труб	S2	м	0,042
Коэффициент теплоотдачи испарительного пучка	aк	Вт/м2.К	108,8
Поправочный коэффициент, учитывающий число  труб	Сп	-	1,0
Коэффициент, учитывающий шаг труб	Св	-	1,0
Коэффициент, учитывающий парциальное давление водяных паров	Сф исп	-	1,0
Коэффициент загрязнения труб испарительного пучка	eисп	м2К/ВТ	0,004
Коэффициент омывания пучка труб	w	-	0,97