Методическое руководство к курсовой работе по дисциплинам
«Вторичные энергоресурсы», «Энергосбережение
в энергетике и теплотехнологиях»
для студентов всех форм обучения cпециальностей:
1007 – Промышленная теплоэнергетика;
1016 – Энергообеспечение предприятий
Екатеринбург 2001
УДК 662.767: 697.3 (031)
Составители В.А. Мунц, Е.Ю Павлюк
Научный редактор проф., д-р техн. наук А.М. Дубинин
Поверочный расчет котлов-утилизаторов: Методическое руководство к курсовой работе по дисциплинам «Вторичные энергоресурсы», «Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях» / В.А. Мунц, Е.Ю. Павлюк. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. 30 с.
Изложены основные аспекты поверочного расчета котлов-утилизаторов, приведены основные их характеристики и конструкции. Приведен пример расчета котла-утилизатора.
Библиогр.: 5 назв. Рис. 9. Табл. 8.
Подготовлено кафедрой «Промышленная теплоэнергетика».
Ó Уральский государственный
технический университет - УПИ, 2001
1. ЗАДАЧИ И ОБЪЕМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
|
|
Цель выполнения курсовой работы закрепить и углубить полученные знания при практическом решении конкретной инженерной задачи; научиться пользоваться специальной литературой и другими техническими материалами; расширить круг знаний, изучая стандарты, справочники, документацию по типовым проектам; развивать творческую инициативу при самостоятельном решении инженерных задач.
Расчетно-пояснительная записка должна содержать описание котла-утилизатора и тепловой расчет котла.
Графическая часть проекта содержит 1 лист формата А4, включающий в себя разрез котла-утилизатора.
Оформить пояснительную записку и графическую часть в соответствии со стандартом СТП УПИ 1-85.
2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Исходными данными для расчета котла-утилизатора являются:
· тип котла-утилизатора;
· расход газов через котел-утилизатор - G0, м3/с;
· температура газов перед котлом-утилизатором - tг, °С;
· требуемое давление перегретого пара - Рпп, Па;
· температура перегретого пара - tпп, °С;
· температура питательной воды на входе в котел - tпв, °С;
· состав газа, %.
Каждому студенту выдаются чертежи (продольные и поперечные разрезы) котла-утилизатора, рекомендуются справочные материалы и техническая литература. Все дополнительные данные, необходимые для выполнения курсовой работы, студент выбирает самостоятельно, пользуясь при этом чертежами, учебной и справочной технической литературой.
Все расчеты выполняются в соответствии и на основе действующих нормативных методов теплового расчета котельных агрегатов [1]. Описание и основные характеристики котлов-утилизаторов даны в литературе [2,3,4].
|
|
3. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЛОВ-УТИЛИЗАТОРОВ
Основным производителем котлов-утилизаторов является Белгородский котельный завод, разработавший совместно с НПО ЦКТИ более 200 конструкций различных типов котлов-утилизаторов.
Среди различных типов котлов-утилизаторов в отдельную группу выделены газотрубные котлы. Маркировка газотрубных котлов: Г - горизонтальный, В – вертикальный, Б – с выносным барабаном–сепаратором, И – с предвключенной испарительной поверхностью, П – с пароперегревателем, Э – с экономайзером. Котлы Г-150, Г-420, Г-950 предназначены для охлаждения технологических газов с целью конденсации паров серы и получения насыщенного пара в процессе обезвреживания сероводородных газов. Котлы Г-250, Г-345, Г-250П, Г-345П, Г550П, Г-145Б, Г-1030Б, Г-330БИ, Г-445БИ, Г-660БИ предназначены для выработки насыщенного пара за счет использования тепла технологических и отходящих газов в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности. Вертикальные котлы В-90Б и Г-460Б предназначены для охлаждения конвертированных газов и производства насыщенного пара. Котлы Г-400ПЭ и Г-420БПЭ предназначены для получения перегретого пара за счет использования тепла отходящих газов из газовой турбины и тепла нитрозных газов в схеме получения слабой азотной кислоты.
Энерготехнологические котлы КС-200 ВТКУ-М и КС-450 ВТКУ-М устанавливаются за печами обжига серного колчедана в кипящем слое производительностью 200 и 450 т/сут. Ранее для этих целей выпускали котлы марок УККС (водотрубные) и ГТКУ (газотрубные).
Котлы–утилизаторы серии КУ предназначены для выработки перегретого пара на основе использования физического тепла газов, выходящих из мартеновских, нагревательных и других технологических печей. Центральный пароперегреватель ЦП-60-С предназначен для перегрева насыщенного пара, вырабатываемого котлами-утилизаторами. В качестве топлива применяется доменный газ с теплотой сгорания не менее 1000 ккал/м3. Энерготехнологический котел СЭТА-Ц-100-2М предназначен для установки в технологической линии получения серной кислоты. Сжигание серы осуществляется в циклонном предтопке с коэффициентом избытка воздуха α=2. Котел энерготехнологический ПКС-Ц-10/40 предназначен для сжигания сероводорода и охлаждения продуктов сгорания. Котлы –утилизаторы КСТК-35/40-100 и КСТ-80 предназначены для охлаждения газов, поступающих в них из камеры сухого тушения кокса и выработки перегретого пара. Охладители конверторных газов (ОКГ) предназначены для дожигания и охлаждения газов, выходящих из сталеплавильных конверторов. Характеристики некоторых типов котлов-утилизаторов приведены в табл. 1, 2, 3, 4.
Основными элементами котла-утилизатора являются барабан, испарительная поверхность нагрева, пароперегреватель и водяной экономайзер. В отдельных случаях могут отсутствовать пароперегреватель или водяной экономайзер, или оба вместе. Принципиальная расчетная схема котла-утилизатора дана на рис. 1. При начальной температуре газов ниже 800°С пароперегреватель, как правило, располагается первым по ходу газов. Приведенный ниже порядок теплового расчета котла-утилизатора как раз и рассматривает этот чаще всего встречающийся на практике случай.
Для реальных условий эксплуатации необходимо уметь оценивать производительность имеющегося оборудования при различных расходах и
Рис.1. Схема котла-утилизатора:
Б - барабан; ВЭ - водяной экономайзер; И - испаритель; ПП - пароперегреватель; ЦН - циркуляционный насос; 1, 2, 3, 4, 5, 6 - коллекторы экономайзера, испарителя и пароперегревателя соответственно
параметрах отходящих газов. Целью расчета является определение количества теплоты, воспринимаемой имеющимися поверхностями нагрева и паропроизводительности котла-утилизатора при заданных параметрах.
|
|
4. РАСЧЕТ ЭНТАЛЬПИИ ГАЗОВ И ПАРАМЕТРОВ ПАРА И ВОДЫ
Примерный состав газов за различными технологическими агрегатами приведен в табл. 5. Объемная теплоемкость газов при входе в котел-утилизатор подсчитывается как теплоемкость смесигазов по формуле
, (1)
где сp,i - объемные теплоемкости компонентов смеси при постоянном давлении при , кДж/(м3×К); ri - объемные доли компонентов смеси. Объемная теплоемкость газов на выходе из котла рассчитывается по формуле (1) по принятой температуре . Теплоемкость газов при и берут из табл. 6.
Таблица 1.
Основные технические характеристики котлов-утилизаторов
Тип котла | Назначение | Паропроизводи-тельность, т/ч | Давление, МПа | Температура, ºС | Объем дымовых газов, м3/ч | Температура газов перед котлом, ºС | Температура уходящих газов, ºС |
Г-150 | Охлаждение технологических газов в процессе обезвреживания сероводородных газов | 0,53 | 0,5 | 151 | 2293 | 360 | 159 |
Г-420 | 1,0 | 0,5 | 151 | 7257 | 280 | 155 | |
Г-950 | 5,0 | 0,5 | 151 | 21870 | 287 | 161 | |
Г-250 |
Охлаждение технологических газов | 3,2 | 1,4 | 194 | 16000 | 600 | 270 |
Г-345 | 8,1 | 1,4 | 194 | 40000 | 600 | 260 | |
Г-250П | 3,1 | 1,4 | 240 | 16000 | 600 | 260 | |
Г-345П | 7,9 | 1,4 | 260 | 40000 | 600 | 250 | |
Г-550П | 11,6 | 1,4 | 280 | 55000 | 600 | 240 | |
Г-145Б | 4,7 | 1,4 | 194 | 8000 | 1200 | 280 | |
Г-1030Б | 31 | 1,4 | 194 | 50000 | 1200 | 240 | |
Г-330БИ | 9,5 | 1,4 | 194 | 15000 | 1200 | 310 | |
Г-445БИ | 15,7 | 1,4 | 194 | 25000 | 1200 | 250 | |
Г-660БИ | 23,3 | 1,4 | 194 | 35000 | 1200 | 235 | |
В-90Б | 5,0 | 0,8 | 170 | 25000 | 850 | 560 | |
В-460Б | 6,6 | 1,4 | 194 | 60000 | 400 | 225 | |
Г-400ПЭ | В производстве азотной кислоты | 7,5 | 1,6 | 230 | 66500 | 405 | 185 |
Г-420 БПЭ | 25 | 15 | 250 | 56200 | 900 | - | |
Окончание табл. 1
Тип котла | Назначение | Паропроизводительность, т/ч | Давление, МПа | Температура, ºС | Объем дымовых газов, м3/ч | Температура газов перед котлом, ºС | Температура уходящих газов, ºС | ||
КС-200 ВТКУ-М |
За обжиговыми печами кипящего слоя | 11 | 4 | 440 | 20000 | 900 | 450 | ||
КС-450 ВТКУ-М | 25 | 4 | 440 | 44000 | 900 | 450 | |||
УККС 8/40 | 8 | 4,0 | 450 | 20740 | 825 | 350 | |||
УККС 4/40 | 4 | 4,4 | 255 | 10370 | 900 | 350 | |||
КС-100 ГТКУ | 7,1 | 4,3 | 255 | 10370 | 900 | 350 | |||
КС-200 ГТКУ | II | 4,0 | 450 | 20740 | 900 | 430 | |||
КУ-40-1 |
Использование теплоты отходящих газов на предприятиях черной металлургии | 12,9 | 4,5 | 385 | 40000 | 850 | 248 | ||
КУ-40-1 | 13,45 | 1,8 | 385 | 40000 | 850 | 227 | |||
КУ-60-2 | 19 | 4,5 | 392 | 60000 | 850 | 252 | |||
КУ-60-2 | 19,9 | 1,8 | 366 | 60000 | 850 | 229 | |||
КУ-80-3 | 25,8 | 4,5 | 385 | 80000 | 850 | 248 | |||
КУ-80-3 | 26,9 | 1,8 | 358 | 80000 | 850 | 227 | |||
КУ-100-1 | 32,6 | 4,5 | 382 | 100000 | 850 | 242 | |||
КУ-100-1 | 33,9 | 1,8 | 360 | 100000 | 850 | 242 | |||
КУ-125 | 40,8 | 4,5 | 385 | 125000 | 850 | - | |||
КУ-125 | 42,4 | 1,8 | 365 | 125000 | 850 | - | |||
КУ-100Б | 32,5 | 1,8 | 395 | 100000 | 850 | 232 | |||
КУ-150 | 50,5 | 4,5 | 393 | 150000 | 850 | 213 | |||
КСТК-35/40-100 | Котел–утилизатор установки сухого тушения кокса | 32,4 | 4 | 440 | 100000 | 800 | 170 | ||
КСТ-80 | 20 | 3,9 | 440 | 73944 | 800 | 180 |
Таблица 2