Тепловий розрахунок суднового допоміжного парового котла КВ1

Тепловий розрахунок суднового допоміжного парового котла КВ1

Зміст

Вступ

Технічні відомості

Опис допоміжного парового котла КВ 1

Розділ 1. Матеріальний баланс процесу згорання. Об'єми повітря і продуктів згорання

.1      Загальні відомості

.2      Визначення об’ємів повітря і продуктів згорання

.3      Розрахунок складових матеріального балансу

Розділ 2. Побудова діаграми «ентальпія - температура» продуктів згоряння

.1 Загальні відомості

.2 Методика побудови діаграми «ентальпія - температура»

.3 Побудова діаграми «ентальпія - температура»

Розділ №3. Попередній тепловий баланс допоміжного котла

.1 Загальні відомості

.2 Розхід тепла. Теплові втрати

.3 Попередній розрахунок теплового балансу

Розділ 4. Розрахунок теплообміну в топці

.1 Загальні відомості

.2 Особливості розрахунку теплообміну в топці

.3 Розрахунок теплообміну в топці

Розділ 5. Тепловий розрахунок випарного пучка труб

.1 Загальні відомості

.2 Коефіцієнт теплопередачі ті його складові

.3 Визначення коефіцієнта теплопередачі

.4 Температурний натиск

.5 Тепловий розрахунок

Висновок

Список літератури

Вступ

Сучасні судна насичені різноманітним пароенергетичним обладнанням, основою якого, як правило, є генератор пара - котел.

Паровий котел - це теплообмінник, апарат, в якому при спалюванні органічного палива вода перетворюється на пару, що використовується для потреб судна. У суднових установках енергія може підводитися шляхом безпосереднього спалювання палива в топці котла і шляхом підведення відпрацьованих газів від ДВС або ГТУ. В останньому випадку котли називаються утилізаційними.

На суднах з головними паровими двигунами, які є основними споживачами пара, обслуговуючі їх котли називаються головними. Головні котли забезпечують паром одночасно і всі інші допоміжні споживачі. На суднах з головними дизельними або газотурбінними двигунами застосовуються допоміжні котельні установки, до складу яких, як правило, входять допоміжні і утилізації казани. Допоміжні, як і головні котли, працюють на паливі, спалювали в топці, і забезпечують паром допоміжні споживачі.

Такими споживачами незалежно від типу головного двигуна можуть бути: парові допоміжні механізми апарати (турбогенератори, турбонасоси, випарники); парові палубні механізми (шпилі, брашпилі, лебідки); парові підігрівачі води, палива, масла, повітря, рідкого вантажу, запасу палива і води 6 в танках, води в системі мийки танків; система пропарювання танків, продування Кінгстон решіток та ін; обладнання, що служить для задоволення побутових потреб у парі (системи опалення, лазні, пральні).

Котли, що виробляють пар на основі теплоти, що виділяється при згорянні палива в топці, являють собою агрегат, до складу якого входять: безпосередньо котел з паро утворюючими елементами, топка, топковий пристрій, котельня арматура і контрольно-вимірювальні прилади (КВП). Спільно з котельним агрегатом вони утворюють котельну установку.

Технічні відомості

Паровим котлом називають теплообмінний апарат, призначений для перетворення води в пару заданих параметрів за рахунок теплової енергії, що виділяється при спалюванні органічного палива.

Принцип дії парового котла визначається сутністю робочих процесів, що відбуваються в ньому. Робочі процеси в парових котлах протікають в повітряно-газовому тракті, в пароводяному тракті, і тісно взаємопов'язані один з одним.

Існує два основних джерела отримання тепла у паровому котлі:

безпосереднє спалювання органічного палива в топці котла (основний спосіб). При цьому утворюється великий об'єм гарячих продуктів згоряння (димових газів), які є теплоносієм, що передає теплоту нагрівається і випаровується воді і перегріваються пару;

використання теплоти відпрацьованих газів інших типів теплових двигунів: дизельного двигуна або газотурбінної установки.

Суднові парові котли можна класифікувати за такими ознаками:

за призначенням:

На головні, що забезпечують паром головний двигун (парову турбіну) і всі споживачі пара на ходу судна (корабля);

Допоміжні, що забезпечують паром всі споживачі судна на стоянці при непрацюючих головних котлах, а також використовуються для введення в дію головних котлів. На суднах з ГТУ і ДЕУ допоміжні котли працюють і на ходових режимах для забезпечення паром всіх споживачів судна;

за способом використання:

На автономні, мають власну паливну систему і систему підведення повітря, і використовують для вироблення пари теплоту продуктів згорання, що утворюються при спалюванні органічного палива в топці;

Утилізаційні, що використовують теплоту вихлопних газів ДЕУ або ГТУ;

Комбіновані, в яких підігрів води і її випаровування можуть здійснюватися як від власної паливної та повітряної систем, так і від теплоти продуктів згоряння інших типів ЕУ;

по конструкції:

На водотрубні, в яких вода і пароводяна суміш рухаються всередині труб, що омиваються зовні гарячими газами;

Вогнетрубні, в яких гарячі гази рухаються всередині труб, що омиваються зовні водою;

Комбіновані, що мають у своєму складі водотрубний і вогнетрубні частини;

за принципом організації руху води і пароводяної суміші:

На котли з природною циркуляцією (ЄЦ), в яких рух води і пароводяної суміші по контуру циркуляції відбувається за рахунок різниці щільності живильної води і утворюється при випаровуванні води пароводяної суміші;

Котли з примусовою циркуляцією (ПЦ), в яких рух води і пароводяної суміші в контурі циркуляції відбувається за рахунок роботи спеціального циркуляційного насоса.

У свою чергу парові котли з ПЦ по кратності циркуляції діляться на котли:

Прямоточні;

З примусовою циркуляцією малої кратності (ПЦ МК);

З багаторазової примусовою циркуляцією (МПЦ);

за способом організації руху повітря:

На котли з вентиляторним дуттям (відкритим і закритим), в топці яких паливо згоряє при тиску, незначно перевищує атмосферне, а подача повітря в топку здійснюється котельним вентилятором;

Котли з компресорним наддувом (високонапорні котли), в топці яких паливо згоряє при тиску, що істотно перевищує атмосферний: 0,2 ч 0,4 МПа (2 ч 4 кгс/см2), а нагнітання повітря в топку проводиться за допомогою спеціального компресорного агрегату ;

за типом використовуваного палива:

На котли, що працюють на твердому паливі (вугілля і вугільний пил);

Котли, що працюють на рідкому паливі (мазути, дизельне паливо);

Котли, що працюють на газоподібному паливі (природні та синтетичні гази);

Для роботи суднових і корабельних парових котлів зазвичай застосовується рідке паливо: мазути або (значно рідше) дизельні палива. У виняткових випадках на суднах-газовозах з ПТУ можуть використовуватися парові котли з газовим опаленням, що працюють на перевезений судном газі.

По розташуванню топкових пристроїв:

На котли з однофронтовим опаленням, в яких топкові пристрої розташовуються на одному, передньому (з боку обслуговування) фронті котла;

З двухфронтовим опаленням, в яких топкові пристрої розташовані на передньому і задньому фронтах котла;

З стельовим розташуванням топкових пристроїв;

З бічним розташуванням топкових пристроїв;

Суднові парові котли також можуть класифікуватися і за іншими ознаками, що характеризує їх конструктивні особливості:

За типом застосовуваних поверхонь нагріву: випарних пучків труб, економайзера, повітропідігрівника і пароперегрівача;

По наявності або відсутності хвостових поверхонь нагріву (економайзерів і воздухоподогревателей);

За взаємною розміщенню поверхонь нагрівання;

За кількістю колекторів;

З організації топкового процесу, та ін

Як правило, до складу КТЕУ входить кілька котлоагрегатів. Один або кілька котлоагрегатів, що забезпечують вироблення пара заданих параметрів, разом з обслуговуючими їх системами, допоміжними механізмами і пристроями, називаються судновий котельні установкою.

Опис парового котла

На схемі зображено допоміжний паровий котел КВ 1. Економайзер 9 складається з двох секцій, розділених по висоті пазухою, призначеної для огляду і ремонту змійовиків. Змійовики замикаються на вхідних, два проміжних і вихідний колектори, виконані з труб 146 * 10 мм (матеріал труб і колекторів - сталь 10). Верхня секція економайзера скомпонована за схемою противотока, нижня - за схемою прямотока. Кінці трубних пучків кріплять до кронштейнів, а їх середню частину до діафрагм. Передні кронштейни обома кінцями і діафрагми нижніми кінцями (п'ятами) кріпляться болтами до опорних балок. Задні кронштейни спираються на опорні балки і вільно переміщаються в горизонтальному напрямку при теплових розширеннях змійовиків. У стінках колекторів навпроти решт приварених труб є спеціальні лючки, через які здійснюються огляд внутрішніх поверхонь колекторів і труб, а також глушіння вийшли з ладу змійовиків.

Отвори лючків зсередини закриваються кришками. Герметичність кожуха економайзера в місцях виведення кінців труб змійовиків до колекторів (колектори встановлені в межкожуховом просторі передньої стінки котла) забезпечується за допомогою сальникових ущільнень. Для підвищення температури стінки труб економайзера до 130 ° С, щоб попередити низькотемпературну корозію з боку газів, в конструкції котла передбачений всередині котлової підігрівач живильної води, встановлений у водяному колекторі. Холодна живильна вода надходить в підігрівач, де її температура підвищується до 120 ° С. У економайзері вона підігрівається до 183 ° С, після чого подається в пароводяної колектор. Водопідігрівач складається з чотирьох паралельних змійовиків, замкнутих на вхідну і вихідну камери. Кріплення змійовиків до камер виконано зварюванням, змійовики виготовлені з труб 29 х 3, камери з труб 89 х 6 мм, їх матеріал сталь 10.

Очищення труб економайзера і повітропідігрівника здійснюється за допомогою обдувочной труб. Для запобігання низькотемпературної корозії труб повітропідігрівника останній виконаний з одноходових рухом повітря пятиходових - газів. Для здійснення розглянутої схеми руху газів в газоході КВ-1 є верхня і нижня газові камери. Труби повітропідігрівника розташовані в шаховому порядку і кріпляться до трубних дошках за допомогою зварювання. Матеріал труб сталь 20, трубних дощок сталь - Ст.3. Топковий пристрій котла виконано двухфорсуночним з паромеханічними форсунками.

Для отримання необхідних швидкостей перегрітої пари в трубах всередині колекторів встановлені поперечні перегородки 9, які утворюють вісім послідовно включених по ходу пара ділянок з рівними прохідними перетинами.

Його пароутворююча поверхню, що складається з конвективного пучка 3, екранного ряду 2 і опускних труб 5. У цьому котлі встановлений змієвиковий пароперегрівач; крім того, у водяному колекторі 1 розташовується парової підігрівач котлової води для підтримки допоміжного котла в гарячому резерві під час роботи головного котла. В якості пари, що гріє використовується пар головного котла.

Пароперегрівач виконаний з двох розділених між собою секцій шахового будови. Його трубна частина складається з 112 здвоєних змійовиків, кінці яких виведені в меж Кожухова простір, де розташовані вхідний, вихідний і проміжний колектор.

Розділ 1. Матеріальний баланс процесу згорання. Об'єми повітря і продуктів згорання

.1      Загальні відомості

Паливо нафтового походження складається з наступних хімічних

елементів (вміст приведений в долях від одиниці):

вуглець (С) - 0,84 - 0,87;

водень (Н) - 0,10 - 0, 13;

горюча сірка (S) - 0 - 0,04;

кисень (О) - 0,003 - 0,005;

азот N - 0,001 - 0,004.

Окрім них в паливі є волога W і зола А, які не беруть участь в горінні і

утворюють так званий баласт.

Хімічний склад палива, що надходить в топку котла, характеризується

робочою масою:

Окрім робочої розрізняють суху і горючу маси. Суха маса представляє

собою зневоднену робочу:

Горюча маса (без вологи і золи) рівна

У сертифікаті палива, складеному за даними лабораторного аналізу, вказується склад горючої маси, вміст золи в сухій масі і значення вологості робочої маси. Перерахунок вмісту компонентів з однієї маси на іншу проводиться за допомогою коефіцієнта перерахунку k, рівного  або , наприклад:

Найважливішою характеристикою палива, використовуваною в теплових розрахунках, є його нижча робоча теплота згорання , кДж/кг, яка визначається без врахування тепла конденсації водяної пари, що утворюється в процесі горіння. Величину можна визначити по формулі, запропонованій Д.І. Мендєлєєвим:

 (1.1)

1.2    Визначення об’ємів повітря і продуктів згорання

Вважаючи згорання повним, розглянемо реакції окислення основних хімічних компонентів палива:

Як випливає з них, для повного згорання усього вуглецю, що міститься в 1 кг палива, буде потрібно (1/12) C^P кмоль або (22,4/12) C^P=1,866C^Pм3 кисню і при цьому утворюється (22,29/12) C^P=1,857C^Pм3 вуглекислого газу CO₂.

Аналогічно, для повного згорання усієї сірки в 1 кг палива потрібно (22,4/32)   кисню, при цьому утворюється об'єм сірчистого газу , рівний (21,89/32) або  . Для повного згорання усього водню палива треба витратити   кисню, при цьому утворюється   водяної пари.

Таким чином, теоретично необхідний об'єм повітря для повного згорання 1 кг палива з урахуванням того, що кисню в атмосферному повітрі міститься 21 % за об'ємом, а його щільність за нормальних умов (НУ) соскладає 1,44 , рівний, /кг:

 (1.2)

Дійсний об'єм повітря, що надходить в топку, м3/кг:

 (1.3)

де б - коефіцієнт надлишку повітря, рівний для допоміжних котлів, що працюють на номінальному режимі, 1,05 - 1,3.

Повний об'єм газоподібних продуктів згорання, що виходять з котла /кг:

 (1.4)

Де:  - об’єм азоту;

об'єм водяної пари;

об'єм трьохатомних газів;

- об'єм двоатомних газів.

Розглянемо метод визначення складових рівняння (1.4).

Об'єм азоту  м3/кг, складається із того, що надходить з повітрям, в якому його за об'ємом міститься 79 %, і азоту палива. Сумарний об'єм азоту рівний:

 (1.5)

Об'єм кисню  ., /кг, невикористаного на окислення при горінні з б > 1, складає:

 (1.6)

Об'єм трьохатомних газів , /кг, відповідно до рівнянь окислення компонентів палива визначиться як:

 (1.7)

де  - приведений вуглець палива.

Об'єм водяної пари  /кг, складається з пари, внесеної з паливом,

вологим повітрям і поданого через форсунку.

Об'єм водяної пари, внесений з паливом:

об'єм пари, що надходить з вологим повітрям:

де 1,293 - щільність повітря за нормальних умов (НУ), кг/;- вологомісткість повітря, 8 - 10 г/кг;

,804 - щільність водяної пари при НУ, кг/.

Об'єм вологи, що вноситься з розпиленою парою:

де  - витрата пари на розпилювання палива, кг/кг.

З урахуванням розглянутого, повний об'єм водяної пари в продуктах

згорання 1 кг палива, /кг:

 (1.8)

Дійсний об'єм вологого повітря, /кг, що надходить в топку котла, для

забезпечення повного згорання палива, рівний:

 (1.9)

Рис. 1.1. До складання матеріального балансу

Як випливає з рис. 1.1. на будь-якому сталому режимі горіння маса середовищ, що вносяться в топку, дорівнює масі продуктів згоряння.

Рівняння матеріального балансу в даному випадку має вигляд:

 (1.10)

де - щільність продуктів згорання при НУ, кг/.

Тиск газів в топці  приймається рівним 0,101 - 0,103 МПа.

1.3    Розрахунок складових матеріального балансу

Таблиця 1

Коефіцієнт перерахунку k:

k = 1 -  -

= 1 - 0.001 - 0 = 0.999

Вміст елементів у робочій масі палива:

^Р=С^Р*k=0,865

Н^Р=Н^Р* k=0,123^P= S^P* k=0,000994

О^Р=О^Р* k=0,00298^Р= N^Р* k=0,00199

Приведений вуглець :

Нижча робоча теплота згорання палива (1.1), кДж/кг:

Теоретично необхідний об’єм сухого повітря (1.2) , :

Дійсний об’єм вологого повітря (1.9) , :

Об’єм трьохатомних газів (1.7) , :

Об’єм вільного кисню (1.6) , :

Об’єм азоту (1.5) , :

Об’єм водяної пари (1.8) , :

Об’єм сухих газів , :

Повний об’єм продуктів згорання (1.4) , :

Об’ємна частка трьохатомних газів:

Об’ємна частка водяної пари:

Сумарна об’ємна частка газів і пари:

Парціальний тиск трьохатомних газів, МПа:

Парціальний тиск водяної пари, МПа:

Сумарний тиск, МПа:

Щільність димових газів при ПУ , :

Розділ 2. Побудова діаграми «ентальпія - температура» продуктів згоряння

.1 Загальні відомості

Після визначення об'єму продуктів згорання приступають до побудови діаграми І - t, основи для теплового розрахунку котла.

Ентальпія - кількість тепла, витрачена на нагрівання об'єму газів від 0 до t °С. Величину ентальпії відносять до об'єму газів, отриманих в результаті повного згорання 1 кг палива. Її виражають розмірністю [кДж/кг].

Ентальпія продуктів згорання, що є сумішшю різних газів, визначається як сума добутків теплоємностей окремих складових на їх об'єми і температуру суміші. Таким чином ентальпія дійсного об'єму продуктів згорання одного кілограма палива, що згорає з коефіцієнтом надлишку повітря б > 1, рівна, кДж/кг:

де , , , .- середні об'ємні ізобарні теплоємності відповідних газів, кДж/(м3 °С).

Ентальпія продуктів згорання палива одного і того ж складу залежить від значення коефіцієнта надлишку повітря б. З його зростанням збільшується об'єм газів, що виходять з котла. Тому для палива одного і того ж складу можна побудувати сімейство кривих I = f(t) - кожна з яких відповідатиме різним значенням б.

Як видно з рис. 2.1, із зростанням величини б при одній і тій же температурі t ентальпія газу зростає. Це пояснюється тим, що для нагрівання до тієї ж температури збільшеного об'єму газів потрібна більша кількість тепла, а значить - при цьому продукти згорання мають вищу внутрішню енергію, тобто ентальпію.

Рис. 2.1. Вплив коефіцієнта надлишку повітря на форму кривої I - t

.2 Методика побудови діаграми I - t

Ентальпія продуктів згорання розраховується по формулі (2.1) в

інтервалі температур 0 - 2200°С з кроком Дt рівним 100 - 200 °С. Величини середніх об'ємних ізобарних теплоємкостей газів, що складають продукти згорання. кДж/( °С), для різних температур вказані в таблиці 2.1.

Початкові дані:

- об'єм трьохатомних газів , /кг;

об'єм азоту , /кг;

об'єм вільного кисню , /кг;

об'єм водяної пари , /кг.

Розрахунок ентальпії газів і побудову діаграми зручно виконувати у формі таблиці 2.2. Тут показано один з прикладів її заповнення. У першій колонці таблиці 2.2 вказано поточне значення температури продуктів згорання, в наступних - величини добутків об'ємів газів, що становлять продукти згорання, на їх теплоємності і поточну температуру. У шостій колонці приведена їх сума, що є шуканою ентальпією. Сьома колонка таблиці містить значення ентальпії в масштабі і введена з метою спрощення побудови діаграми. Масштаб діаграми m приймається рівним 250 кДж/(кг*мм).

Таблиця 2.1

.3 Побудова діаграми I-t

Початкові дані:

V_RO2 =1.606 м³/кг         (1.5)_N =9.963 м³/кг       (1.6)_O2 =0.345 м³/кг      (1.7)_H2O =1.656 м³/кг (1.8)

Таблиця 2

Розділ 3. Попередній тепловий баланс допоміжного котла

.1 Загальні відомості

Тепловий баланс котла є окремим випадком загального закону збереження матерії і енергії. На сталому режимі роботи сума теплових потоків, що поступають в топку, дорівнює сумі тепла, що виходить з котла пари і теплових втрат, тобто прихід тепла рівний його витраті.

Розрізняють прямий і зворотний теплові баланси. Шляхом складання прямого теплового балансу по відомому ККД котла визначають витрату палива і, навпаки - по відомій витраті палива знаходять величину ККД. В результаті складання зворотного балансу за результатами теплотехнічних випробувань, можна оцінити величину ККД котла, що працює на цьому режимі.

Тепловий баланс допоміжного котла складається відносно 1 кг згорілого палива, при цьому його статті виражаються в розмірності [кДж/кг].

Його можна скласти стосовно секундної витрати палива В. Тоді його статті мають розмірність [кВт].

Тепловий баланс прийнято зводити до тепла , кДж/кг, тобто до тепла, що вноситься в топку котла:

 (3.1)

де  - нижча теплота згорання. кДж/кг;

- тепло, внесене з підігрітим паливом, кДж/кг;

- тепло, що розпилюється парою, кДж/кг.

Розглянемо складові вирази (7.1):

- тепло, внесене з паливом:

 (3.2)

де  - температура підігрівання палива, 60 - 120 °С;

- теплоємність палива. кДж/(кг °С).

- тепло, внесене з парою:

 (3.3)

де  - ентальпія розпиленої пари, кДж/кг, визначається по таблицям води та водяної пари. Тиск розпиленої пapи Рр при цьому приймається рівним 0,15 - 0,3 МПа, температура пари  ≈  +(15 ч 40)°С.

Кількість тепла, що виділилася в топці котла на сталому режимі роботи, дорівнює сумі кількостей корисно використаного тепла (корисній тепловій потужності) , і усіх теплових втрат , тобто:

Рівняння прямого теплового балансу котлів з газовим повітропідігрівачем і без нього однакові та мають вид:

 (3.4)

де  - корисно використане тепло, кДж/кг;

- втрата від неповноти згорання палива, кДж/кг;

втрата тепла в навколишнє середовище, кДж/кг;

- ентальпія вихідних газів, кДж/кг;

- тепло, що надходить в топку з повітрям, кДж/кг.

Рівняння (7.4) можна представити у виді:

 (3.5)

де  - втрата тепла з вихідними газами, кДж/кг, =  - .

Втрата тепла з вихідними газами  обумовлена тим, що вони мають температуру вище, ніж довкілля.

Розділивши обидві частини рівняння (3.5) на  і перетворивши його складові у відсотках, отримаємо рівняння прямого теплового балансу у відносних одиницях (%):

 (3.5.1)

Рівняння зворотного теплового балансу має вигляд

 (3.5.2)

де  - ККД котла, %;

, ,  - відносні втрати тепла, %

3.2 Розхід тепла. Теплові втрати.

Витратна частина теплового балансу складається з корисно використаного тепла Q1 і суми теплових втрат. В загальному випадку, коли котел виробляє насичену, перегріту і охолоджену пару, його корисна теплова потужність рівна, кВт

 (3.6)

де , , ,  , i' - ентальпії перегрітої, вологої насиченої, охолодженої пари, киплячої та живильної води відповідно, кДж/кг;

- кількість води, що продувається з котла, кг/с

Коефіцієнт корисної дії котла  , % представляє собою відношення

корисно використаного тепла до загального, виражене у відсотках:

 (3.7)

Теплові втрати у котлі складаються із втрати від неповноти згорання, втрати тепла з вихідними газами та втрати тепла в навколишнє середовище через обшивку котла.

Відносна втрата тепла від неповноти згорання , - обумовлена наявністю у вихідних газах продуктів неповного окислення горючих компонентів палива. Її величина в розрахунках приймається рівною 0,5%.

Відносна втрата тепла в навколишнє середовище , обернено пропорційна продуктивності котла. Її величину приймають рівною 1,0 - 2,5 % або знаходять по емпіричній залежності:

 (3.8)

де  - паропродуктивність котла, кг/с.

В процесі виконання теплового розрахунку котла  враховують за допомогою коефіцієнта збереження тепла:

  (3.9)

Втрата тепла з вихідними газами  є найбільшою і рівна 5 - 25 %

залежно від типу котла. Її величина визначається за формулою:

 (3.10)

Знаючи величину втрати тепла з вихідними газами, можна визначити ентальпію продуктів згорання кДж/кг, що покидають котел:

 (3.11)

а потім по діаграмі I - t знайти температуру вихідних газів.

.3 Попередній розрахунок теплового балансу

Таблиця 3

Схема 2.

Втрата тепла в навколишнє середовище (3.8) , %:

Втрата тепла від неповноти згорання, %:

Приймаємо

ККД котла, %:

Втрата тепла з вихідними газами (3.10) , %:

Тепло, внесене в топку з повітрям, кДж/кг:

Фізичне тепло палива (3.2) , кДж/кг:

- теплоємність палива, кДж/(кг °С)

Тепло розпиленої пари, що подається у форсунку (3.3) , кДж/кг:

- ентальпія розпиленої пари, кДж/кг, визначається по таблицям води та водяної пари.

Тиск розпиленої пapи  при цьому приймається рівним,

температура пари,

- знаходимо по таблиці за тиском

Загальне тепло (3.1) , кДж/кг:

- нижча теплота згорання, кДж/кг;

- тепло, внесене з підігрітим паливом, кДж/кг;

- тепло, що розпилюється парою, кДж/кг.

Корисне тепловиділення в топці, кДж/кг:

Ентальпія вихідних газів (3.11) , кДж/кг:

Температура вихідних із котла газів,

- визначаємо по діаграмі I - t

Коефіцієнт збереження тепла (3.9) :

Кількість продуваємої із котла води, кг/с:

Ентальпія вологої насиченої пари, кДж/кг:

Корисна теплова потужність (3.6) , кВт:

Витрата палива, кг/с:

Випарна здатність палива, кг/кг:

Температура точки роси вихідних газі, :

Мінімально допустима температура вихідних газів, :

Мінімальна ентальпія вихідних газів, кДж/кг:

- визначаємо по діаграмі I - t

Мінімальна втрата тепла з вихідними газами, %:

Максимально досяжний ККД котла, %:

Розділ 4. Розрахунок теплообміну в топці

.1 Загальні відомості

Теплообмін в топці відбувається, в основному, випромінюванням.

Метою розрахунку теплообміну в топці є визначення передаваної в ній кількості тепла (теплової потужності)  і температури газів на виході tзт.

Основними розрахунковими залежностями є вирази для визначення величини безрозмірної температури за топкою:

 (4.1)

і рівняння балансу тепла в топці з боку ходу газів:

 (4.2)

Де: - теоретична ентальпія газу в топці, кДж/кг;

- ентальпія газу на виході з топки, кДж/кг;

- теоретична температура горіння, °С;

М - параметр, що характеризує розподіл температури по висоті топки;

міра чорноти топки;

- критерій Больцмана.

Розглянемо методику визначення величин, що входять в розрахункові вирази (5.1) і (5.2).

Теоретична ентальпія і температура горіння. Теоретична ентальпія газу  в топці дорівнює корисному тепловиділенню  кДж/кг, тобто:

 (4.3)

Якби в топці був відсутній теплообмін між газами і її стінками, то тепло, що виділяється в ній використовувалося б тільки для підвищення внутрішньої енергії газу. В цьому випадку в топці встановилася б максимально можлива температура, звана теоретичною або адіабатною температурою горіння ta. Її величина може бути знайдена за допомогою діаграми I - t по  = .

Параметр М, що характеризує розподіл температур по висоті топки:

 (4.4)

де  - відносна висота максимуму температури в топці, визначувана по формулам для однієї форсунки:

та для декількох:

де ,  - відстань від нижньої частини топки до осі відповідної форсунки, м;

- відстань від нижньої частини топки до середини її вихідного перерізу, м;

- витрата палива через відповідну форсунку, кг/с;

В - повна витрата, кг/с.

Міра чорноти топки ат характеризує її здатність поглинати тепло, що виділяється. Вона є складною функцією великого числа параметрів променистого теплообміну. Величина ат залежить від міри чорноти факела  і стінок, що обмежують топку, .

Міра чорноти факела :

 (4.5)

де m - коефіцієнт усереднювання, що показує, яку частину топки займає полум'я, що світиться.

Величина коефіцієнта усереднювання m залежить від величини теплової напруги паливного об'єму , кВт/:

де  - об'єм топки, .

Значення m = 0,55 якщо  < 400 кВт/ і m = 1,0 якщо  > 1160 кВт.

Для проміжних значень  його величина визначається за формулою:

 (4.6)

Міра чорноти стінок топки аст визначається величиною і характером їх зовнішніх забруднень. Вплив шару забруднень враховується за допомогою коефіцієнта забруднень поверхні, що сприймає променевий нагрів о, величина якого лежить в межах 0,4 - 0,9. Коефіцієнт забруднень характеризує здатність шару відкладень, що знаходяться на екранних трубах, відбивати променисте тепло, що падає на нього. Для більшості топок о рівний 0,55 - 0,7.

Якщо відомі величини о та аф, то міра чорноти топки розраховується за формулою:

 (4.7)

де ш - міра екранування топки.

Міра екранування топки характеризує досконалість конструкції котла.

Вона представляє собою частку стінок топки, що охолоджуються водою, в загальній площі стінок, що обмежують паливну камеру:

 (4.8)

де - площа поверхні, що сприймає променевий нагрів, ;

- повна площа стін, що обмежують топку, .

Критерій Болъцмана. Величина критерію Больцмана (паливного критерію) визначається за формулою:

 (4.9)

де  - середня вагова теплоємність продуктів згорання 1 кг палива, кДж/(кг°С);

- коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, рівний 5,67·10-11 Вт/(м2·К4);

Та - абсолютна адіабатна температура, , К.

Величина добутку визначається як середня в інтервалі температур в топці між  і  за формулою:

 (4.10)

де  - температура газів на виході з топки, °С.

Паливний факел складається з двох частин: частини, що світиться, утвореною розжареними частками, і частини, що не світиться, складається з трьохатомних газів. Міри чорноти обох частин факела визначаються по виразам:

- для полум'я, що світиться:

 (4.11)

для полум'я, що не світиться:

 (4.12)

де  - коефіцієнт послаблення променів трьохатомними газами, 1/(МПа·м);

- коефіцієнт послаблення променів частками сажі 1/(МПа·м);

- тиск у топці, МПа;

S - ефективна товщина випромінюючого шару, м.

Величини коефіцієнтів послаблення Кг і Кс визначаються емпіричними залежностями, рекомендованих роботою "Тепловий розрахунок котельних агрегатів. Нормативний метод":

 (4.13)

де  - тиск у топці, МПа;

температура газів на виході з топки, °С.

- сумарна об'ємна частка трьохатомних газів і водяної пари в продуктах згорання;

- об'ємна частка водяної пари в продуктах згоряння.

 (4.14)

де б - коефіцієнт надлишку повітря;

,- вміст вуглецю і водню в робочій масі палива.

Паливний факел випромінює енергію за об'ємом топки, що має складну форму, при цьому товщина випромінюючого шару в довільних напрямах різна. Для зручності виконання розрахунків її приводять до півсфери з радіусом S, м, що називається ефективною товщиною випромінюючого шару:

 (4.15)

де  - об'єм топки,

.2 Особливості розрахунку теплообміну в топці

Оскільки міра чорноти топки і середня сумарна вагова теплоємність продуктів згорання  залежать від невідомої температури за топкою , то розрахунок теплообміну ведеться методом послідовних наближень.

Для цього:

приймають в першому наближенні температуру газу за топкою  з інтервалу 1150 - 1300°С, знаходять відповідну їй ентальпію Ізт, розраховують величину ;

обчислюють величини коефіцієнтів послаблення та , ефективну товщину випромінюючого шару S, міру чорноти факела і топки аф та ат;

визначають в першому наближенні критерій Больцмана Во, безрозмірну температуру газу за топкою дійсну температуру газу tзт.°С рівну:

Якщо різниця між прийнятою в першому наближенні tзт і отриманою  менша ±50°С, розрахунок вважають закінченим. Інакше необхідно зробити друге наближення з рівною:

Теплова потужність топки, кВт:

не повинна відрізнятися більш ніж на ±10 % від ' відповідній прийнятій в першому наближенні температури :

Інакше необхідно уточнити значення температури газу за топкою.

Ефективність роботи топки, оцінюється за допомогою коефіцієнту прямої віддачі ч, %. і кількістю пари, виробленої в екранних поверхнях нагріву , кг/с:

 (4.16)

(4.17)

де  - ентальпія води на виході з економайзера, кДж/кг. За відсутності економайзера іэв приймається рівною іпв.

.3 Розрахунок теплообміну в топці

Таблиця 4

Об’єм топки, :

Довжина топки, м:

Площа стін паливного фронту, :

Поверхня нагріву, що сприймає промені, :

Площа стін топки, :

Міра екранування:

Ефективна товщина випромінюючого шару (4.15), м:

Температура газу на виході з топки, :

Приймаємо

Ентальпія газів на виході з топки, кДж/кг:

визначаємо за діаграмою I - t по

Коефіцієнт послаблення променів трьохатомними газами (4.13) , 1/(МПа*м):

Коефіцієнт послаблення променів частками сажі (4.14) ,1/(МПа*м):

Міра чорноти полум’я, що світиться (4.11) :

- експонента (e =2,71)

Міра чорноти полум’я, що не світиться (4.12) :

- експонента (e =2,71)

Коефіцієнт усереднювання (4.6) :

Міра чорноти факела (4.5) :

Міра чорноти топки (4.7) :

Теоретична температура горіння, :

визначаємо за діаграмою I - t по

Абсолютна теоретична температура горіння, К:

Середня сумарна тепломісткість газів (4.10) , кДж/кг*:

Критерій Больцмана (4.9) :

Безрозмірна температура на виході з топки (4.1) :

Розрахункова температура газу за топкою, :

Різниця, :

Теплова потужність топки (4.2)  , кВт:

Різниця, %:

Кількість пари в екранах (4.17) , кг/с:

знаходимо за

Питомий паровідбір, кг/(*с):

Коефіцієнт прямо віддачі (4.16) , %:

Розділ 5. Тепловий розрахунок випаровуючого пучка труб

5.1    Загальні відомості

Конвективний теплообмін в суднових парових котлах протікає у випарних пучках труб, пароперегрівачах, економайзерах і повітропідігрівачам. У основу теплового розрахунку цих поверхонь нагріву покладено спільне рішення рівнянь теплопередачі і теплового балансу з боку ходу газів :

 (5.1)

(5.2)

де k - коефіцієнт теплопередачі від газів до води, Вт/(·К);

Дt - температурний натиск (усереднена по поверхні різниця температур

гріючого та обігріваємого середовищ). °С;

Нк - площа поверхні нагріву, ;

І', I" - ентальпія продуктів згорання на вході у випарну поверхню нагріву і виході з неї, кДж/кг.

Додатково до виразів (5.1) і (5.2) може бути складене рівняння теплового балансу з боку пароводяного тракту, яке для випарної поверхні нагріву має вигляд:

 (5.3)

де  - теплова потужність топки, кВт.

Випарна поверхня нагріву водотрубних котлів виконується із сталевих суцільнотягнутих труб діаметром d рівним 0,029, 0,032, 0,038, 0,0445 м виготовлених із сталі марок Ст10, Ст15, Ст20. Товщина стінки труби - не менше 2,5 мм. Трубні пучки мають коридорне або шахове компонування, кріплення труб до колекторів котлів здійснюється вальцюванням або зварюванням. Основними геометричними характеристиками трубного пучка,

Рис. 5.1. До розрахунку випарної поверхні нагріву

.2 Коефіцієнт теплопередачі та його складові

У гладко-трубних випарних пучках коефіцієнт теплопередачі конвекцією від газів до середовища, що обігрівається, k. Вт/(·°С). визначають за формулою:

 (5.4)

де  - коефіцієнт тепловіддачі від газу до стінки труби, Вт/(·°С);

е - коефіцієнт забруднення поверхні, ·°С/Вт.

Величина коефіцієнта забруднення е, ·°С/Вт може бути знайдена по вираженню, отриманому Н.І. Пушкіним

де щг - швидкість руху газу, м/с.

При температурі, що перевищує 350 °С, тепловіддача супроводжується випромінюванням трьохатомних газів. Коефіцієнт тепловіддачі від газів до стінки труби в цьому випадку:

 (5.5)

де щ - коефіцієнт повноти омивання поверхні;

ак, ал - коефіцієнти тепловіддачі конвекцією і випромінюванням відповідно, Вт/(·°С).

Величина коефіцієнта повноти обмивання знаходиться як відношення повної середньої довжини труб пучка до довжини їх активно омиваної частини, рис. 5.1, тобто:

Його величина для конвективних пучків дорівнює 0,8 - 0,9. Довжини труб  та  визначаються з ескізу трубної частини котла.

5.3 Визначення коефіцієнта тепловіддачі

Форма виразу для визначення коефіцієнтів тепловіддачі залежить від

характеру руху середовища і будови пучка.

 (5.6)

де л - коефіцієнт теплопровідності газів, Вт/(·°С);- зовнішній діаметр труби, м;

- швидкість руху газу, м/с;

н - коефіцієнт кінематичної в'язкості середовища, /с;

Рr - критерій фізичної подібності Прандтля;

,  - поправочні коефіцієнти, що враховують число рядів труб і компонування пучка.

Величина поправочного коефіцієнта , що враховує число рядів труб, знаходиться по виразах:

де  - число труб в пучку.

Величина поправочного коефіцієнта на форму пучка  залежить від значень відносних кроків труб:

При поперечному омивані шахового пучка для визначення величини коефіцієнта тепловіддачі конвекцією рекомендується наступний вираз:

 (5.7)

Де

- параметр, що залежить від величини відносних кроків труб:

Коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням. При температурі продуктів згорання вище 350 °С тепло передається не лише конвекцією, а і випромінюванням, викликаним наявністю трьохатомних газів і водяної пари.

Для потоку незапилених газів коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням  Вт/(м2·°С) знаходиться по виразу:

 (5.8)

де - приведена міра чорноти;

- середня абсолютна температура газів, К;

- абсолютна температура стінки труби, К.

Приведена міра чорноти труб апр рівна:

де  - міра чорноти труб, 0,80 - 0,82;

- міра чорноти газового потоку:

 (5.9)

Величини  і  визначаються за методикою, викладеній в

розділі 5. Ефективна товщина випромінюючого шару S, м, cкладає:

 (5.10)

Середня абсолютна температура газового потоку , К:

де ,  - температура газу на вході і виході з даної поверхні, °С.

Абсолютна температура стінки труби , К, рівна:

де  - температура середовища, що обігрівається, °С;

е - коефіцієнт забруднення, ·°С/Вт;- щільність теплового потоку, що доводиться на 1  поверхні нагріву.

Для випарного пучка q дорівнює 40 000 - 100 000 Bт/.

Абсолютну температуру стінки труби також можна знайти за допомогою виразу:

де Д - для випарного пучка складає 60 - 80 °С.

5.4 Температурний натиск

Температурний натиск Дt - усереднена по поверхні різниця температур, гріючого та обігріваємого середовищ. Величина температурного натиску залежить як від температур середовищ, що обмінюються теплом, так і від напряму їх взаємного руху. У загальному випадку величина Дt, °С, визначається за виразом:

 (5.11)

де Д - різниця температур середовищ, що обмінюються теплом, на тому кінці поверхні, де вона більша, °С;

Д - різниця температур середовищ на тому кінці поверхні, де вона менша, °С.

Для випарної поверхні нагріву, температура обігріває мого середовища у якої не міняється, вираз для визначення величини температурного натиску має вигляд:

(5.12)

.5 Тепловий розрахунок

Кількість труб у ряду , шт:

Площа нагріву ряду (5.13) , :

Площа живого перерізу (5.14) ,:

Ефективна товщина випромінюючого шару (5.10) S, м:

Теплова потужність випарника (5.3) , кВт:

Ентальпія газу за випарником (5.15) , кДж/кг:

Температура газів за пучком , :

- знаходимо за діаграмою I-t по

Середня температура газу :

- беремо з розділу 3

Середня швидкість (5.16) , м/с:

Фізичні параметри газів:

         К-т кінематичної в’язкості (5.1) , :

         К-т теплопровідності (5.2) , Вт/(:

         Критерій Пранделя (5.3) :

Поправочні коефіцієнти  і :

Коефіцієнт тепловіддачі від газу до стінки труби (5.5),(5.6) , Вт/(

Температура шару забруднення , K:

- вибираємо з інтервалу 40000 - 100000 Вт/

Міра чорноти потоку газів (5.9), :

Приведена міра чорноти :

 - міра чорноти труб, 0.8 - 0.82;

Коефіцієнт тепловіддачі ви проміння (5.8) , Вт/(:

Коефіцієнт тепловіддачі (5.4)k , Вт/(:

Температура натиску (5/12) , :

Розрахункова поверхня конвективного нагріву (5.17) , :

Розрахункове число рядів труб (5.18) :

Прийнята кількість рядів труб :

округлити до найближчого цілого₂^*=7,75≈7, (Z₂^*)=7,75≈8

Прийнята площа поверхні нагріву , :

Розбіжність , %:

Розділ 6. Правила технічної експлуатації котла

Технічне використання парових котлів

. Підготовка котла до дії

.1. Огляд котельної установки та підготовка до дії котельних вентиляторів.

.1.1. При підготовці котла до дії необхідно:

. оглянути котел, його топки, пароперегреватель, водяний економайзер і воздухоподогреватель; перевірити чистоту поверхонь нагріву і відсутність палива в топці; переконатися у відсутності видимих дефектів і сторонніх предметів. У разі появи сумнівів у справності внутрішніх частин або пристроїв котла повинен проводитися внутрішній огляд;

. переконатися у справності топкових пристроїв і відсутності їх пошкоджень, перевірити правильність розміщення діффузорів і форсунок щодо фурм (жарових труб), перевірити легкість ходу дифузорів, шиберів, заслінок;

. оглянути паропроводи, переконатися в тому, що вони зібрані і покриті ізоляцією;

. оглянути і при необхідності витрат призводить клапанів арматури котла і його трубопроводів; випробувати аварійне приводи з палуби;

. зробити зовнішній огляд водовказівних приборів і переконатися у відсутності їх пошкоджень; перевірити свободний хід клапанів і їх приводів;

. переконатися у відсутності ушкоджень манометрів та інших контрольно-вимірювальних приладів (КВП), присутність на них пломб і відміток про терміни повірки;

. перевірити освітлення (нормальне та аварійне) всіх КВП і, насамперед, покажчиків рівня води:

. оглянути ізоляцію котла; переконатися в правильній установці всіх знімних щитів.

. Обслуговування котла в дії

.1. загальні вимоги

.1.1. Котел вважається чинним з моменту підйому тиску пара в ньому вище атмосферного.

.1.2. Черговість включення і число працюючих котлів встановлюються старшим механіком. Режими котлів на рідкому або твердому паливі рівній продуктивності, працюючих на загальні споживачі, повинні встановлюватися однаковими.

.1.3. За чинним котлом і обслуговуючими його механізмами необхідно вести спостереження за показаннями КВП, сигналам аварійно-попереджувальної сигналізації, а також шляхом оглядів установки. Необхідно періодично контролювати:

. рівень води в котлі;

. тиск перегрітої, насиченого і охолодженого пара;

. температуру перегрітої і охолодженого пара;

. паропродуктивність (за наявності паромеров);

. тиск і температуру живильної води на вході в котел, температуру води після економайзера;

. тиск і температуру палива, тиск пари (повітря) перед форсунками;

. витрата палива і його рівень у видаткових цистернах;

. тиск і температуру повітря перед топкою;

. температуру і хімічний склад відхідних газів.

. хімічний склад котлової і живильної води;

. витрата води (по вахта, добовий).

.1.4. При роботі котла на ручному або полуавтоматичному управлінні несення постійної вахти у котла є обов'язковим. При цьому параметри, зазначені в п. 2.1.3, контролюются постійно.

.1.5. Тривала експлуатація котлів з відключеною системою автоматичного регулювання в цілому або окремих її вузлів не допускається.

Виняток становлять аварійні випадки і планові висновки для технічного обслуговування.

.1.6. Захист за рівнем води в котлі, де вона є, повинна бути включена при всіх режимах, у тому числі при разводці вогню і підйомі пара.

.1.7. При ручному і напівавтоматичному управлінні головним котлом вахтовий механік після отримання повідомлення про майбутню зміну навантаження повинен попередити про це вахтових котелень машиністів (виключення допускаються для випадків екстреної зупинки).

.1.8. При всіх режимах роботи котлів слід прагнути не допускати підривів запобіжних клапанів, своєчасно вживаючи заходів до зниження тиску пари.

.2. Розводка вогню і підйом пара

.2.1. Безпосередньо перед запалюванням вогню в топці необхідно оглянути котел та котельне приміщення.

.2.2. Розпал котлів повинен починатися:

. при наявності пусковий паливної системи - паливом, що не вимагає підігріву;

. при наявності пари та електроенергії на судні - основним видом палива.

.2.3. Розводка вогню і підйом пара в повністю автоматизованих агрегатах повинен здійснюватися автоматично за програмою після перевірки обслуговуючих систем при установці органів управління та регуляторів в положення "автоматична робота" відповідно до інструкції з експлуатації.

.2.4. Перед розведенням вогню в котлі, автоматичний пуск якого не передбачений, всі керуючі органи повинні бути встановлені в положення "ручне управління", а маховики та рукоятки регуляторів тиску пари, живлення котла, співвідношення паливо-повітря - в положення повного закриття.

.2.5. Перед запалюванням форсунок топки повинні бути оглянуті і в разі наявності скупчився палива останнє повинно бути видалено; топку необхідно обов'язково провентилювати протягом не менше 3 хв, відкривши заслінки повітронаправляючого пристроїв топкового фронту і включивши котельні вентилятори.

.2.6. Запалювання першої форсунки проводиться електровоспламенітелем або факелом.

.2.7. При запалюванні форсунок факелом спочатку до форсунки слід підвести факел, а потім відкрити паливний клапан. Під час запалювання першої форсунки тиск повітря рекомендується зменшити.

.2.8. Якщо запалювання форсунки не сталося, необхідно негайно закрити паливний клапан, забезпечити ціркуляцію палива, контролюючи підтримка необхідної температури; провентилювати топку протягом не менше 3 хв, після чого знову запалити форсунку від факела. Категорично забороняється запалювати форсунку від розпеченої цегляної кладки.

.3. Включення котла в роботу

.3.1. Включення котла в роботу на зовнішні споживачі повинно проводитися тільки після випробування резервних поживних засобів і паливних насосів. Перед включенням котла рівень води в ньому не повинен перевищувати робочого.

.3.2. При повідомленні котла з холодною магістраллю необхідно прогрівати її не менше 15 хв (залежно від довжини паропроводу), відкривши продування паропроводу і відкривши роз'єднувальний клапан. Потім оглянути магістраль, переконатися у відсутності пропусків пара. При відсутності витрати пари охолодження пароперегрівача виробляти продуванием колектора перегрітої пари.

.3.3. Перед збільшенням навантаження котла необхідно в форсунках зі змінними шайбами змінити стоянкові розпилювальні шайби на основні.

.3.4. При підключенні котла в паралельну роботу з чинним необхідно стронуть роз'єднувальний клапан, після закінчення 5 хв злегка відкрити його, потім протягом 5-10 хв повільно і обережно відкрити на потрібну величину, Тиск в подключаємому котлі повинно бути таким же або на 0,05- 0,1 МПа (0,5 - 1,0 кгс / см2) більше, ніж в паропроводі. Якщо інструкцією передбачені розводка вогню і підйом пара при заповненому водою пароперегрівнику, то котел повинен включатися в роботу при тиску в ньому на 0,05 МПа (0,5 кгс / смг) менше, ніж в паропроводі.

.3.5. Включення головного котла в паралельну роботу на ходовому режимі повинно проводитися при відкритих клапанах продування головного паропроводу і його арматури.

.3.6. Після включення котла в роботу повинні бути включені всі системи автоматичного і дистанційного керування котлом, а також всі пристрої сигналізації та захисту.

.4. Обслуговування працюючого котла і його засобів автоматизації

.4.1. На діючому котлі особлива увага повинна бути приділена підтримці рівня води в ньому, щоб уникнути аварії котла при упускаючи води або закидання води в паропроводи при перепітивані котла.

.4.2. Для контролю положення рівня води в котлі необхідно:

. переконуватися в справності дії покажчиків рівня води по коливаннях рівня води в них;

. продувати водовказівні прилади не рідше одного разу за вахту (при зміні вахти), а також перед проведенням верхнього або нижнього продування котла;

. за відсутності впевненості у правильності показань покажчиків рівня води перевіряти рівень води в котлі відкриттям пробних клапанів (якщо такі є); якщо сумнів щодо наявності належного рівня води в котлі залишилося - негайно припинити горіння.

.4.3. При виході з ладу одного з покажчиків рівня води необхідно посилити спостереження за рівнем води в котлі за допомогою інших приладів і вжити термінових заходів до ремонту несправного. Робота котла з одним покажчиків рівня води більше однієї години забороняється. При виході з ладу другого водовказівного приладу котел повинен бути негайно виведений з дії.

.4.4. Котли, що мають один покажчиків рівня води, при його виході з ладу повинні бути виведені з дії.

.4.5. При попаданні нафтопродуктів в котел необхідно вивести його з дії для очищення.

.4.6. Всі елементи засобів автоматизації необхідно утримувати в чистоті; не допускати скупчення бруду і шламу в імпульсних трубопроводах, періодично продуваючи їх, систематично продувати вологоотделітельні пристрої та фільтри пневматичних систем; стежити за герметичністю, тиском в трубопроводах і рівнем робочого середовища в насосному баку гідравлічних систем.

.4.7. При погіршенні якості процесу регулювання (великі коливання рівня води, значні відхилення параметрів пари при маневруванні тощо) необхідно знизити навантаження котла і перевірити дію головних регуляторів, золотників паливних блоків, регуляторів допоміжних механізмів і пристроїв (живильних насосів, вентиляторів і т. п.): виявлені дефекти усунути.

.4.8. Необхідно періодично перевіряти надійність кріплення рознімних з'єднань регуляторів, доступних зовнішньому огляду, і наявність мастила на тертьових поверхнях деталей, при необхідності відновлюючи її.

.4.9. Різкі зміни температури перегрітої пари в порівнянні зі специфікаційні не допускається. Якщо температура пари підвищилася до небезпечних меж, необхідно зменшити навантаження котла і вжити заходів для усунення причини підвищення температури.

.4.10. Під час роботи котла періодично необхідно:

. оглядати котел, перевіряти його арматуру і фланцеві з'єднання труб на предмет виявлення пропусків пари і води, ознаками яких є свист і ширяння, патьоки і сольові відкладення;

. перевіряти справність ручних приводів і сервомоторів клапанів, шиберів, заслінок;

. стежити за станом видимих частин топок і поверхонь нагріву через оглядові отвори. При виявленні значних пошкоджень або місцевих перегрівів котел повинен бути виведений з дії для ремонту.

. оглядати газоповітряний тракт з метою виявлення нещільностей. Усунення пропусків газу або повітря виробляти при першій можливості.

.4.11. Непрацюючі механічні форсунки (якщо вони не продуваються парою) необхідно виводити з топок, а отвори для них закривати спеціальними пробками або заслінками.

.4.12. При виявленні витоку води з економайзера її необхідно усунути негайно або вивести економайзер з дії.

.4.13. Забороняється при знаходженні котла під паром виробляти на ньому ремонтні роботи, пов'язані з ударами, свердлінням і зварюванням.

.4.14. Не рідше одного разу на місяць необхідно проводити перевірку справності дії запобіжних клапанів підривом їх дистанційно вручну або підвищенням тиску пари в котлі.

.4.15. Перевірку захистів по зриву факела і рівню води на діючих котлах слід проводити не рідше одного разу на місяць.

.5. живлення котла

.5.1. Живлення чинного головного котла повинно здійснюватися, як правило, безперервно.

.5.2. Використання дистанційних покажчиків рівня води в котлі не виключає необхідності контролювати цей рівень за основними покажчиків рівня води.

.5.3. У складних умовах плавання резервні живильні засоби необхідно підтримувати в постійній готовності до пуску.

.5.4. Якість живильної води повинна відповідати нормам, встановленим інструкцією по водному режиму котла (див. Також підрозділ 2.7).

.6. Обслуговування паливної системи і управління горінням

.6.1. Витрачання палива з періодично поповнюються цистерн необхідно проводити по черзі, даючи паливу можливість відстоятися.

.6.2. Для попередження випадків зриву подачі перемикання прийому палива насосом слід проводити не чекаючи повного спорожнення цистерн.

.6.3. У разі відмови паливних насосів і відсутності можливості негайного усунення несправності повинні бути вжиті всі заходи для зменшення витрати пари з котла, збереження в ньому тиску, а також попередження охолодження котла протягом часу, необхідного для відновлення дії насоса.

.6.4. При виході з ладу топлівоподогревателя і неможливості забезпечення необхідної в'язкості палива котел повинен бути переведений на роботу від пускової паливної системи або виведений з дії.

.6.5. Для створення умов високоефективного спалювання палива необхідно:

. використовувати справні розпилювачі;

. забезпечити дотримання всіх настановних розмірів пальника.

.6.6. При дистанційному управлінні горінням необхідно періодично перевіряти справність дії приводів і сервомоторів включення форсунок і повітрянонаправляючіх пристроїв.

.6.7. При ручному управлінні горінням відкриття і закриття форсункових клапанів необхідно проводити швидко і повністю (щоб уникнути підтікання палива в топку і коксування головок форсунок), управління форсункою робити тільки регулюючим клапаном, встановленим перед форсункою.

.6.8. Тиск палива перед форсунками необхідно встановлювати в залежності від навантаження котла. Забороняється перевищувати робочий тиск палива, оскільки при включенні всіх форсунок це може призвести до перевантаження котла.

.6.9. Заслінки повітрянаправляючого пристроїв непрацюючих форсунок повинні бути щільно закриті.

.6.10. Контроль якості горіння повинен проводитися за кольором полум'я в топці і кольором газів на зрізі димової труби, а в головних котлах - і по аналізах газів.

.6.11. При забрудненні або закоксовивання розпилювача форсунки, що виявляється за неповним факелу або його потухання, необхідно негайно замінити форсунку запасний, застосовуючи при цьому піддони.

.6.12. При потраплянні води в паливо, що виявляється по переривчастих горінню і шипіння, необхідно перейти на прийом палива з іншого цистерни або через верхній клапан тієї ж цистерни; вжити термінових заходів з видалення води з паливних цистерн; при паромеханічному розпилюванні - продути трубопровід підведення пари до форсунок.

.6.13. З метою запобігання сірчистої корозії низькотемпературних поверхонь котла необхідно:

. підтримувати мінімально необхідний надлишок повітря;

. уникати тривалих режимів, при яких температура газів нижче передбаченої інструкцією з експлуатації;

. температуру живильної води, що надходить в економайзер і котел, підтримувати якомога ближче до специфікаційні;

. застосовувати присадки до палива і в потік газів, передбачені спеціальними інструкціями:

. підтримувати температуру повітря перед повітропідігрівником якомога вищою або відключати його при малих навантаженнях.

.7. Водний режим котла

.7.1. Для попередження в процесі експлуатації парових котлів явищ накипформування, корозії металу з боку пароводяного простору і виносу з котлів вологи і солей необхідно суворо дотримуватися водні режими, встановлювані інструкціями виробника і судновласника.

.7.2. Дотримання норм водного режиму на кожному судні повинно регулярно контролюватися за допомогою штатних приладів, а також шляхом періодичних аналізів засобами суднової лабораторії водоконтроля.

.7.3. Способами здійснення та регулювання водного режиму парових котлів є: докотлової обробка живильної і додаткової води; забезпечення високої якості та максимального повернення конденсату.

.7.4. Результати здійснення водних режимів парових котлів повинні періодично контролюватися шляхом аналізу води в берегових лабораторіях, а також внутрішнього опосвідчення котлів з дослідженням виявлених при цьому твердих відкладень і корозійних пошкоджень металу.

.7.5. Основними показниками якості живильної води є вміст хлоридів, загальна жорсткість, вміст кисню і нафтопродуктів, значення яких не повинні перевищувати зазначених у додатку.

.7.6. Показники якості води, вживаної для впорскування при регулюванні температури перегрітої пари, повинні відповідати нормам для живильної води.

.7.7. Необхідно стежити за тим, щоб витоку пари і конденсату своєчасно усувалися, а причини погіршення якості конденсату ліквідовувалися в найкоротші терміни.

.7.8. В якості додаткової води повинні застосовуватися дистилят і хімічно оброблена вода, показники загальної жорсткості якої не перевищують зазначених у додатку.

.11. Особливості обслуговування утилізаційних котлів

.11.1. У утилізаційних котлах з повним або частковим перепуском газів при підготовці до пуску необхідно перевірити положення заслінок і плавність роботи їх приводів і сервомоторів. На режимах малих навантажень двигунів слід проводити перепуск випускних газів для запобігання інтенсивного відкладення сажі.

.11.2 Якщо введенню в дію утилізаційного котла з примусовою циркуляцією передувало "сухе зберігання", необхідно перевірити закриття повітряних і дренажних клапанів секцій змійовиків. Перед введенням в дію утилізаційного котла на контурі примусової циркуляції необхідно відкрити всі клапани, крім нагнітального клапана циркуляційного насоса.

.11.3. Пуск і включення циркуляційних насосів котла слід проводити до пуску двигуна.

. рівень води в барабані котла або сепараторі;

. тиск перегрітої і насиченої пари;

. температуру перегрітої пари;

.11.5. Слід систематично видаляти сажу і гудрон з прийомних частин і з поверхонь нагріву котла усіма наявними засобами як на ходу судна, так і на стоянках.

.11.6. Необхідно стежити за роботою водяного затвора приймальної камери котла. Поява води в зливних воронках і сигнальних трубках свідчить про пошкодження "труб і змійовиків..

.11.7. При роботі утилізаційного котла допускаються коливання рівня води в межах видимості водовказівного приладу і коливання тиску, не перешкоджають нормальній роботі споживачів пари.

.11.8. Слід вживати своєчасних заходів для усунення нещільності обшивки утилізаційних котлів та потрапляння випускних газів в машинні приміщення.

.11.9. При загорянні сажі та гудрону в обшивці котла необхідно вжити заходів до прокачування водою всіх справних секцій, після чого дати пар на парогасіння, дати воду для гасіння пожежі через систему водообмива котла.

.11.10. При виведенні утилізаційного котла з дії цір¬куляціонний насос слід зупиняти не раніше трьох годин після зупинки двигуна.

.12. Зберігання недіючого котла

.12.1. При виведенні котла з експлуатації на тривалий період повинні бути вжиті заходи, що оберігають його від корозії, а також від "заморожування" в зимовий період.

.12.2. В залежності від тривалості бездіяльності котла зберігання повинно здійснюватися одним з таких способів:

. мокрим, при якому котел заповнюють повністю водою і підключають до розширювального баку; тривалість "мокрого зберігання" допускається не більше 30 діб;

. сухим, при якому котел повністю осушують і герметизують, попередньо помістивши в його внутрішні порожнини влагопоглотитель. Залежно від порядку здійснення "сухе зберігання" забезпечує збереження котла і його елементів до двох років.

. надлишкового тиску, при якому в котлі підтримують тиск вище атмосферного за рахунок підігріву нахо¬дящейся в ньому води паром чинного котла.

.12.3. Для постановки на "мокре зберігання" котел (включаючи економайзер, пароперегреватель і пароохолоджувач) повинен бути повністю заповнений водою.

.12.4. Для попередження "заморожування" котла, що знаходиться на "мокрому зберіганні", в зимовий період необхідно:

. тримати закритими димову трубу і заслінки воздухонаправляющего пристроїв топок;

. не допускати стійких холодних течій повітря в котлі і котельному приміщенні;

. стежити за температурою в котельному приміщенні; при зниженні температури до + 5 ° С - спустити воду з котла.

.12.5. Під час "мокрого зберігання" необхідно підтримувати рівень в розширювальному баку в межах видимості водовказівного скла.

.12.6. При постановці котла на "сухе зберігання" строком до шести місяців необхідно:

. ретельно очистити поверхні нагрівання котла зсередини і зовні від бруду, сажі, накипу, окалини і шламу, звернувши особливу увагу на коріння труб;

. ретельно видалити залишок води з барабанів, колекторів, сепараторів, трубопроводів та інших пристроїв котла;

. зробити огляд котла з газовою боку і з боку пароводяного простору, виявлені дефекти зареєструвати;

. звернути особливу увагу на стан ізоляції котла, маючи на увазі її гігроскопічність і можливість корозії металу під нею. При необхідності в окремих місцях зняти ізоляцію, очистити метал і відновити забарвлення;

.12.7. Очищений котел повинен бути осушений за допомогою вентилювання топок, барабанів і колекторів сухим теплим повітрям від калорифера або установкою в них жаровень з палаючим деревним вугіллям.

.12.8. При "сухому зберіганні" котлів необхідно проводити їх систематичний контроль розкриттям ЛАЗів і люкових затворів, а також оглядом вологопоглинача.

.12.9. Після закінчення періоду "сухого зберігання" до приведення котла в робочий стан необхідно витягти влагопоглотитель, провентилювати внутрішні порожнини і ретельно оглянути котел.

.12.10. У тих випадках, коли котел тривалий час відкрито (при ремонті), повинні бути вжиті заходи проти скупчення вологи в окремих місцях котла, а також різких коливань температури і зміни вологості повітря в котельному приміщенні.

. Заходи безпеки при обслуговуванні парових котлів

.1. Запобігання пошкоджень та аварій котлів

.1.2. При роботі котла особливу увагу слід звертати на ознаки, що характеризують його перегрів, а саме: почервоніння окремих частин котла, випучини, видими, провисання труб або деформація стінок, течі в з'єднаннях труб, зв'язків і в швах, поява окалини, розшарування металу і розриви окремих частин.

.1.3. При розривах парообразующих труб, пароперегрівача, появі груп свищів, значних просідань жарових труб, випучин і тріщин на поверхнях нагріву і колекторах, що загрожують безпеці роботи, котел необхідно негайно вивести з дії (див. П. 3.3.5.1) і дати йому нормально охолонути.

.1.4. Забороняється вводити в дію котли:

. мають несправні: запобіжний клапан, покажчиків рівня води або манометри;

. за відсутності двох справних, незалежних від головного двигуна поживних засобів (крім утилізаційних котлів, що допускають роботу всуху);

. з несправними системами і клапанами продування, харчування, сажеобдувкі, подачі палива і повітря, що забезпечують безпечну експлуатацію котельної установки;

. з несправними аварійними дистанційними приводами запобіжних, стопорних і швидкозапірних паливних клапанів;

. з незакладеними тріщинами у відповідальних частинах котла (в колекторах, швах, трубних дошках, грязьовик, жарових трубах, їх з'єднаннях, вогневих коробках тощо);

.1.5. При надходженні води в котельне відділення необхідно пустити в дію наявні водовідливні засоби і з'ясувати причину надходження води.

.2. Запобіжні заходи при упускаючи води з котла

.3. Запобігання та гасіння пожежі в котельному приміщенні

.3.1. Для запобігання і при гасінні пожежі в котельному приміщенні слід суворо керуватися вказівками "Настанови по боротьбі за живучість суден".

.3.2. У випадках горіння сажі в газоходах котла необхідно негайно вимкнути форсунки і котельні вентилятори, посилити по можливості подачу води в економайзер, включити в дію парові сажесдувателі, а за наявності відповідних пристроїв - пустити в газоходи вуглекислий газ або інші огнегасітелі.

.3.3. У тих випадках, коли пожежа виникла під котлами, необхідно користуватися апаратами високократної піни або ввести в дію місцеве стаціонарне парогасіння. Залишки палива під настилом слід гасити пором, піною, піском або вогнегасником.

.3.4. При необхідності затоплення котельного відділення, що є крайнім заходом гасіння пожежі, необхідно у запобігання вибуху повністю спустити пар з котлів.

Технічне обслуговування котлів

. Загальні вказівки з технічного обслуговування котлів

.1. Технічне обслуговування котла повинно передбачати:

. пріодичні очищення котла з газовою сторони;

. проміжні огляди котла;

. хімічні очищення котла з боку пароводяного простору за погодженням з технічною службою судновласника;

. щорічні внутрішні огляди і зовнішні огляди котла під паром;

. підготовку та пред'явлення котла до огляду Регістра;

. гідравлічні випробування котла;

. огляд і ремонт кладки, арматури котла і його засобів автоматизації.

. Очищення, огляди і випробування котлів

Вказівки з технічного обслуговування

.1. Обмуровка топок і теплоізоляція елементів котла

.2. Основна арматура

.2.1. Стопорні клапани, розташовані на головній і допоміжної магістралях, повинні підлягати оглядам не рідше одного разу на два роки.

.2.2. Перебирання запобіжних клапанів при задовільній їх роботі має свавілля, як правило, щорічно.

.2.3. Один з наявних на котлі запобіжних клапанів повинен бути опломбований представником Регістру.

.2.4. Перед регулюванням запобіжних клапанів під паром необхідно провести верхнє продування котла, підтримуючи рівень води на нижній позначці покажчиків рівня води.

.2.5. При чистках котла і всякої іншої можливості необхідно проводити очищення каналів і труб, які повідомляють водовказівні прилади з котлом.

.2.6. У водовказівних приладах повинні встановлюватися тільки термічно оброблені скла, щільно прилягають до оправі і рамці приладу.

.2.7. Після демонтажу арматури, встановленої безпосередньо на котлі, необхідно ретельно перевіряти кріплять її шпильки і негайно замінювати новими пошкоджені і викликають сумнів у їх міцності.

.2.8. Лицьові поверхні фланцевих з'єднань без прокладок або з металевими прокладками повинні бути ретельно відшліфовані і не мати радіальних рисок.

.3. Корпус котла, колектори та поверхні нагрівання

.3.1. При контролі колекторів і барабанів необхідно встановити характер і глибину корозійних поразок окремих елементів і обстежити місця можливої появи тріщин, звернувши особливу увагу на трубні дошки, зварні шви, місця приварки штуцерів і отфланцовкі.

.3.2. При контролі стану труб необхідно встановити характер деформацій, наявність випучин, тріщин, корозійних роз'їдань і нещільності в місцях вальцювання і зварювання; всі парообразуючих труби слід перевірити пропусканням каліброваних куль.

.3.3. Глушіння труб слід проводити постановкою з обох кінців глухих пробок. Кінці труб зсередини перед запресовкой заглушок слід зачистити до металу.

.3.4. Котельні труби, що мають провисання або погнутість внаслідок перегріву, підлягають заміні при стрілкою прогину, що перевищує два діаметра труби.

Висновок

В ході виконання курсової роботи було вивчено будову, принцип роботи парових котлів. Зроблено розрахунки процесів, що протікають в топці найбільш розповсюджених на суднах парових котлів на основі яких було виконано критичний аналіз їх конструкцій.

Зокрема в ході курсової роботи було вирішено наступні завдання:

·        складено матеріальний баланс процесу згорання 1кг палива;

·        визначено об'єм газоподібних продуктів згорання, знайти теоретичний і дійсний об'єми повітря для горіння;

·        розраховано повний об'єм димових газів, що утворилися;

·        побудована діаграму І - t продуктів згорання 1 кг палива в інтервалі температур 0 - 2200 °С;

·        знайдено масу продуктів згорання, що утворилися в результаті згоряння 1 кг палива;

·        знайдено витрату палива і температуру газів, що йдуть з котла;

·        визначено основні геометричні характеристики топки суднового допоміжного котла;

·        знайдено теплову потужність топки і температуру відпрацьованих газів;

·        визначено теплову потужність випарної поверхні нагріву допоміжного котла Q_К, кВт;

·        знайдено число рядів труб конвективного пучка  і площу поверхні його нагріву Н_к , м .

Курсовий проект включається в себе опис, визначення обсягу і ентальпії димових газів, розрахунок теплового балансу, розрахунок топки, розрахунок конвективної поверхні нагрівання, розрахунок теплообміну в економайзері та експлуатація суднового допоміжного парового котла КВ 1.

У даному курсовому проекті був виконаний тепловий розрахунок суднового допоміжного парового котла КВ 1 з паропродуктивністю D_K=1.0 (кг/с), параметром пара P_K=0.8 (МПа) і температурою живильної води t_ПВ=60^оС.

У роботі виконані розрахунок теплового балансу і отримана витрата палива В=0,07кг/с, розрахунок топки котла і отримано температура димових газів на виході з топки t_зт=1237,34^оС.

У роботі виконані розрахунок конвективної поверхні нагрівання й отримані температура газів на виході з пучка tʺ=644.75^оС.

У роботі виконано розрахунок теплообміну в економайзері, обраний діаметр труби 29х3, отримані поперечний і поздовжній кроки S₁=0.046м, ₂=0.050м і кількість трубок в одному ряду Z₁=28.065 кількість рядів труб Z₂=7.75 швидкість води в економайзері

котел теплопередача топка ентальпія

Список літератури

1. Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. - Л.: Судостроение, 1988 - 296 с.

.   Аэродинамический расчет котельных установок. Нормативный

метод/ Под ред. С.И. Мочана. - 3-е изд. - Л.: Энергия. 1977. - 256 с.

.   Енин В.И. Судовые паровые котлы. Учебник для вузов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Транспорт. 1984. - 248 с.

4.      Правила классификации и постройки морских судов. Морской

Регистр Судоходства. - СПб.: Транспорт. 1995. -460 с.

.   Проектирование судовых парогенераторов: учебник/ К.С. Дементьев, В.А. Романов, Д.И. Волков. -Л.: Судостроение. 1986. - 336 с.

6.      Судовые парогенераторы / Н.И. Пушкин. Д.И. Волков. К.С. Дементьев и др. - Л.: Судостроение. 1977. - 518 с.

.        Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод / Под ред. В.В. Митора. Н.В. Кузнецова. Е.И. Дубовской. Э.С. Красиной. - 2-е изд. пере-раб. - Л.: Энергия. 1977. - 354 с.

.        Эксплуатация судовых котельных установок: учебник для высших инженерных морских училищ/ В. М. Федоренко. В. М. Залётов. В. II.

.        Руденко. И. Г. Беляев. -М.: Транспорт. 1991. -272 с.

.        Эйтвид Л. В. Парогенераторы промысловых судов. - М.: Легкая и пищевая промышленность. 1981. - 270 с.

.        Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: Учебное пособие. - Л.: Судостроение. 1988. - 296 с.

.        Фильченко В.П., Шабанов А.А. Судовые котельные установки флота рыбной промышленности. - М.: Пищевая промышленность. 1980. -280 с.