Судовые котельные и паропроизводящие установки. Тепловой расчет парового котла
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Судостроение. Судомоделирование
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 49
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-16-016449-6
ISBN-онлайн: 978-5-16-108225-6
Артикул: 723701.01.01
Доступ онлайн
от 76 ₽
В корзину
Учебное пособие содержит методику и справочные материалы для выполнения расчетов судовых паровых котлов. Методика базируется на нормативном методе и использовании обобщенных зависимостей на основе приведенных тепловых характеристик.
Представлены общие методические указания и рекомендации, последовательность расчета, порядок выбора и оценки отдельных величин, построение графиков.
Разработано в соответствии с требованиями «Международной Конвенции о подготовке и дипломировании моряков и несении вахты» 1978 года с учетом Манильских поправок 2010 года.
Для студентов и курсантов при изучении дисциплин «Вспомогательные механизмы и системы», «Судовые котельные и паропроизводящие установки».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Среднее профессиональное образование
- 26.02.03: Судовождение
- 26.02.05: Эксплуатация судовых энергетических установок
- ВО - Специалитет
- 26.05.05: Судовождение
- 26.05.06: Эксплуатация судовых энергетических установок
- 26.05.07: Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
серия основана в 2017 г.
ЧЕРНОМОРСКОЕ ВЫСШЕЕ
ВОЕННО-МОРСКОЕ УЧИЛИЩЕ
ИМЕНИ П.С. НАХИМОВА
В.В. АЖИМОВ
В.Г. СЕМЕНОВ
СУДОВЫЕ КОТЕЛЬНЫЕ
И ПАРОПРОИЗВОДЯЩИЕ УСТАНОВКИ
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПАРОВОГО КОТЛА
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Рекомендовано экспертным советом ЧВВМУ имени П.С. Нахимова в качестве учебного пособия по дисциплинам «Судовые котельные и паропроизводящие установки», «Вспомогательные механизмы и системы» для студентов специальности 25.05.06 «Эксплуатация судовых энергетических установок»
znanium.com
Москва ИНФРА-М 2022
УДК 621.181(075.8)
ББК 39.455.11я73
А34
ФЗ Издание не подлежит маркировке
№ 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11
Рецензент:
В.В. Кузнецов, кандидат технических наук, доцент
Ажимов В.В.
А34 Судовые котельные и паропроизводящие установки. Тепловой расчет парового котла : учебное пособие / В.В. Ажимов, В.Г. Семенов. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 49 с. — (Военное образование).
ISBN 978-5-16-016449-6 (print)
ISBN 978-5-16-108225-6 (online)
Учебное пособие содержит методику и справочные материалы для выполнения расчетов судовых паровых котлов. Методика базируется на нормативном методе и использовании обобщенных зависимостей на основе приведенных тепловых характеристик.
Представлены общие методические указания и рекомендации, последовательность расчета, порядок выбора и оценки отдельных величин, построение графиков.
Разработано в соответствии с требованиями «Международной Конвенции о подготовке и дипломировании моряков и несении вахты» 1978 года с учетом Манильских поправок 2010 года.
Для студентов и курсантов при изучении дисциплин «Вспомогательные механизмы и системы», «Судовые котельные и паропроизводящие установки».
УДК 621.181(075.8)
ББК 39.455.11я73
ISBN 978-5-16-016449-6 (print)
ISBN 978-5-16-108225-6 (online)
© Черноморское высшее военно-морское училище имени П.С. Нахимова, 2021
ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29 E-mail: books@infra-m.ru http://www.infra-m.ru
Подписано в печать 09.07.2021.
Формат 70x100/16. Бумага офсетная. Гарнитура Petersburg. Печать цифровая. Усл. печ. л. 3,95.
Тираж 500 экз. (I — 50). Заказ № 00000
ТК 723701-1150297-090721
Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
ВВЕДЕНИЕ
Подготовка квалифицированных кадров инженеров-судомехаников в высших учебных заведениях невозможна без овладения методами теплового расчета паровых котлов.
Учебная работа студентов над курсовым проектом связана с необходимостью использовать в процессе проектирования не только нормативные данные, но и рекомендации по выбору исходных значений, последовательности выполнения тепловых расчетов, пояснения к ним. В этом заключается принципиальное отличие учебного пособия для студентов при проектировании паровых котлов от Нормативного метода теплового расчета котельных агрегатов [1]. Пособие содержит в сжатом виде строгую последовательность расчета и необходимые расчетные формулы.
Учебное пособие составлено на основе третьего издания Нормативного метода теплового расчета котельных агрегатов, изданного в 1998 г. и разработанного коллективом авторов ведущих научно-исследовательских институтов (ВТИ и НПО ЦКТИ).
При выполнении расчета парового котла его паропроизводительность, параметры пара и питательной воды являются заданными. Поэтому цель расчета состоит в определении температур и тепловосприятий рабочего тела и газовой среды в поверхностях нагрева заданного котла. Таким образом, необходимо выполнить комплекс расчетно-графических работ по тепловому расчету топки, конвективного парообразующего пучка, пароперегревателя, экономайзера и сведение теплового баланса котла.
Учебное пособие предназначено для закрепления студентами теоретических знаний, полученных при изучении соответствующих тем курса, а также для приобретения навыков в выполнении тепловых расчетов, необходимых для выполнения дипломного проекта, а также в будущей деятельности в качестве судового механика.
Исходные данные сведены в таблицу 1. Конструктивные характеристики парового котла представлены на рисунках 1и 2.
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА
Таблица 1
Вид топлива и его элементарный состав Расход топлива, кг/ч Температура топлива, ° С Температура воздуха, ° С Температура воды, ° С Коэффициент избытка воздуха, Содержание трехатомных газов в Давление в паровом коллекторе, кг/см2 Отбор перегретого пара, т/ч
углерод водород сера кислород азот зольные элементы влага продуктах сгорания, %
Вид CP HP SP OP NP AP WP В (т (в (пв а RO2max Рпк Dnn
Этапы расчета построены по принципу последовательности, то есть результаты предыдущего расчета являются исходными данными для следующего.
3
2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПАРОВОГО КОТЛА
Топка
Объем, м Vt 2,24
Длина, м Lt 1,63
Площадь лучевосприни- Рл 7,20
мающей поверхности, м2
Площадь стенок, м2 Fct 9,7
Степень экранирования W 0,74
топки 3
Экран однорядный
Диаметр труб, мм d 29
Толщина стенок труб, мм 2,5
Поперечный шаг труб, мм Si 30,75
Количество труб в ряду n 53
Площадь лучевосприни- Рэл 3,86
мающей поверхности, м2
Конвективный пучок коридо оный
Диаметр труб, мм d 29
Толщина стенок труб, мм 2,5
Поперечный шаг труб, мм Si 38
Продольный шаг труб, мм S2 55
Количество рядов труб z 11
Количество труб в ряду n 43
Ширина газохода котла, м ВКГАЗ 1,63
Площадь лучевосприни- Ркл 3,34
мающей поверхности, м2
Экономайзер коридорный
Диаметр труб, мм d 29
Толщина стенок труб, мм 2,5
Поперечный шаг труб, мм Si 48
Продольный шаг труб, мм S2 48
Количество рядов труб z 8
Количество труб в ряду n 15
Длина газохода, м LrA3 1,63
Ширина газохода эконо- ВЭГА3 0,75
майзера, м
Рисунок 1 - Паровой котел с экономайзером
№ ряда Длина Высота
труб, труб,
мм мм
Экран
1 2512 1500
Конвективный пучок
1 2212 1560
2 2197 1580
3 2189 1590
4 2207 1600
5 2242 1660
6 2294 1720
7 2344 1780
8 2500 1840
9 2654 1900
10 2752 1960
11 2900 2060
Опуск
1 2600 1840
4
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПАРОВОГО КОТЛА
Топка
Объем, м Vt 3,14
Длина, м Lt 2,13
Площадь лучевосприни- Рл 9,55
мающей поверхности, м2
Площадь стенок, м2 Fct 12,87
Степень экранирования W 0,74
топки
Экран однорядный
Диаметр труб, мм d 29
Толщина стенок труб, мм 2,5
Поперечный шаг труб, мм S1 30,75
Количество труб в ряду n 69
Площадь лучевосприни- гэл 5,00
мающей поверхности, м2
Конвективный пучок коридорный
Диаметр труб, мм d 29
Толщина стенок труб, мм 2,5
Поперечный шаг труб, мм Si 38
Продольный шаг труб, мм S2 55
Количество рядов труб z 11
Количество труб в ряду n 56
Ширина газохода пучка, м RK 2,13
B ГАЗ
Площадь лучевосприни- кК 4,55
мающей поверхности, м2 F л
Пароперегреватель коридорный
Диаметр труб, мм d 29
Толщина стенок труб, мм 2,5
Поперечный шаг труб, мм Si 42
Продольный шаг труб, мм S2 42
Количество рядов труб z 12
Количество труб в ряду n 22
Длина газохода, м LrA3 1,96
Ширина газохода паропе- пп 1,01
регревателя, м в ГАЗ
Рисунок 2 - Паровой котел с пароперегревателем
№ Длина Высота
ряда труб, труб,
мм мм
Экран
1 2562 1660
Конвективный пучок
1 2352 1580
2 2337 1600
3 2329 1620
4 2347 1640
5 2382 1680
6 2424 1720
7 2484 1780
8 2640 1820
9 2794 1900
10 2892 1980
11 2940 2080
Опуск
1 2650 1900
5
3. РАСЧЕТ РАСХОДА ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ МАЗУТА
Задание
Используя исходные данные, вычислить:
- действительную объемную часть трехатомных газов (RO2) в продуктах сгорания;
- теоретически необходимый и действительный объемы воздуха для сжигания 1 кг топлива;
- объемы компонентов продуктов сгорания 1 кг топлива;
- энтальпию продуктов сгорания в интервале температур от 200 до 2000°С;
- построить I-t- диаграмму.
Таблица 2
№ Наименование Обозна- Размер- Расчет Результат
пп. рассчитываемой чение ность
величины
1 Максимальная объем-
ная часть трехатомных RO2ma % Из таблицы 1
газов в сухих продук-
тах сгорания
2 Коэффициент избытка а --- Из таблицы 1
воздуха
3 Объемная часть трех- RO2max
атомных газов в сухих RO2 % а - 0,006
продуктах сгорания
Приведенный углерод Ср + 0,375-Sp ,
4 К % где Ср, Sp - элементарный состав
топлива из таблицы 1
5 Теоретическая масса 0,115-К +0,342-Нр - 0,0431-Ор,
воздуха для сжигания G0b кг/кг где Нр, Ор - элементарный состав
1 кг топлива топлива из таблицы 1
6 Плотность воздуха при р. кг/м3 Справочные данные.
нормальных условиях Таблица П1
7 Теоретический объем
воздуха для сжигания V0в м3/кг G0b/ рв
1 кг топлива
8 Действительная масса
воздуха для сжигания Gb кг/кг а<°
1 кг топлива
9 Действительный объем
воздуха для сжигания Vb м3/кг aV0B
1 кг топлива
10 Объем трехатомных га- Кр
зов (RO2) в продуктах V0RO2 м3/кг 1,866----
сгорания 1 кг топлива 100
6
Окончание таблицы 2
№ Наименование Обозна- Размер- Расчет Результат
пп. рассчитываемой чение ность
величины
11 Теоретический объем V0N2 м3/кг „ №
азота в продуктах 0,79 V! + 0,8-100 ,
сгорания 1 кг топлива где Np - элементарный состав
топлива из таблицы 1
12 Теоретический объем V0H2O м3/кг 0,111- Нр + 0,0124- WP + 0,0161-V°b
водяного пара в продук- где Нр, Wp - элементарный состав
тах сгорания 1 кг топлива из таблицы 1
топлива
13 Действительный объем VH2O м3/кг V0H2O + 0,0161-( а --- 1)-V°b
водяного пара в продук-
тах сгорания 1 кг
топлива
14 Объем продуктов Vr м3/кг V0RO2 + V°N2 + V0H2O +
сгорания 1 кг топлива +(а --- 1)- V°B
15 Объемная часть трех- --- V°RO2 / Vr
атомных газов (RO2) Y° 2
в продуктах сгорания
16 Объемная часть Y 2 O --- V0H2O / Vr
водяного пара в продук-
тах сгорания
17 Объемная часть Yr ---
греющих газов YrO 2 YH 2 O
в продуктах сгорания
18 Масса продуктов сгора- Gr кг/кг 1 + 1,01-G°B
ния 1 кг топлива
19 Расход топлива _ * кг/с B/3600
в B --- из таблицы 1
20 Расход воздуха в котле G*в кг/с B*Gb
21 Массовый расход G*r кг/с B*-Gr
продуктов сгорания
22 Объемный расход V*r м3/с B*-Vr
продуктов сгорания
7
Расчет энтальпии. Построение I—~д - диаграммы
Расчетная формула
I = (V°ro2Cco2 + V°N2'Cn2 + Vh2O-Ch2c)-fi + (a-1)V°b-Cb'fi , кДж/кг, где V°ro2, V°N2, VH20, VB - объемы 3-атомных газов, азота, водяного пара;
CcO2, Cn2, CH2O , Св - теплоемкости углекислого газа, азота, пара, воздуха;
fiг - температура продуктов сгорания.
Таблица 3
Теплоемкость газов, Результат расчета
Температура газа, Ср, кДж/м3-°С энтальпии, I (иота),
fiг (тета), °C СсО2 CN2 CH2O Св МДж/кг
1000 кДж/кг = 1 МДж/кг
200 1,7873 1,2996 1,5223 1,3318
400 1,9297 1,3168 1,5664 1,3544
600 2,0411 1,3402 1,6148 1,3829
800 2,1311 1,3671 1,6681 1,4114
1000 2,2035 1,3917 1,7229 1,4373
1200 2,2638 1,4143 1,7769 1,4612
1400 2,3136 1,4348 1,8281 1,4831
1600 2,3555 1,4528 1,8761 1,5018
1800 2,3915 1,4687 1,9213 1,5177
2000 2,4221 1,4825 1,9628 1,5328
Построение I—^-диаграммы выполняет-
ся на листе миллиметровки формата А4 в масштабе:
- по оси ординат 1 мм соответствует 0,1 МДж/кг;
- по оси абсцисс 1 мм соответствует 10°С.
Диаграмма строится в виде двух веток, как показано на рисунке 3, разбив интервал температур пополам. Левая ветка для интервала температур от 200 до 1000°С, а правая для интервала температур от 1000 до 2000°С.
ВНИМАНИЕ: параметры последней точки левой ветки должны соответствовать первой точке правой ветки.
Линии веток диаграммы проводятся по расчетным точкам тонко заточенным карандашом. Они должны представлять собой плавно изогнутые кривые с постоянно увеличивающимся наклоном. Такое изменение наклона кривых
Рисунок 3 - Построение I- fi - диаграммы
объясняется ростом теплоемкости продуктов сгорания с увеличением температуры.
Диаграмма вклеивается в отчет расчетно-
графической работы.
8
4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТОПКИ
Задание
Используя исходные данные и результаты предыдущего расчета выполнить тепловой расчет топки и определить:
- тепловое восприятие в топке Qₜ;
- энтальпию и температуру продуктов сгорания на выходе из топки;
- тепловое напряжение топочного объема qT;
- коэффициент прямой отдачи в.
Таблица 4
№ Наименование Обозна- Размер- Расчет Результат
пп. рассчитываемой чение ность
величины
Действительная масса Gb кг/кг Из расчета расхода воздуха и
1 воздуха для сжигания продуктов сгорания, п.8
1 кг топлива
2 Температура воздуха (в °C Из таблицы 1
Теплоемкость воздуха Св кДж/кг-°С Определить по таблице П1.
3 при заданной темпе- Справочные данные
ратуре
4 Теплота, вносимая QBO3fl кДж/кг Gb'Cb'(b
в топку с воздухом
5 Температура топлива tT °C Из таблицы 1
Теплоемкость топли- Ст кДж/кг-°С 1,89 + 0,0053-(т
6 ва при заданной тем-
пературе
7 Теплота, вносимая Qtc/пл кДж/кг Ст - (т
в топку с топливом
Объемная часть о % С2 = 21 - RO2 • (1 + 0)
кислорода в продук- ,
тах сгорания где RO2 - объемная часть трех-
атомных газов в сухих продуктах
сгорания - из расчета продуктов
сгорания;
Р - характеристика топлива из
8 справочных данных, таблица П2
Объемная часть окиси СС % CO = (21 - PRO2) - (RO2 + O2)
9 углерода в продуктах Р + 0,605
сгорания
9
Окончание таблицы 4
№ Наименование Обозна- Размер- Расчет Результат
пп. рассчитываемой чение ность
величины
Потери теплоты Q3 кДж/кг
10 вследствие химической 237 • Кр---------
неполноты сгорания RO2 - СО
топлива
Адиабатная энтальпия Ia кДж/кг QP н + Овозд + Отопл - Q3,
продуктов сгорания где QPн --- низшая теплота сго-
11 рания рабочей массы топлива.
Можно принять:
--- дляФ-5 41215 кДж/кг
--- дляФ-12 41565 кДж/кг
Температура продуктов $ a ОС Определить по I-^-диаграмме
12 сгорания из расчета продуктов сгорания
Та К ta + 273
13 Коэффициент сохране- V --- Принять согласно справочным
ния теплоты данным (Табл. П2)
Коэффициент загряз- и --- Принять согласно справочным
14 нения поверхности данным (Табл. П2)
нагрева
Средний коэффициент Щэ --- ,
тепловой эффективно- где щ --- степень экранирования
15 сти топки топки
из Таблицы конструктивных
элементов котла (рис. 1 или 2
варианта задания)
Дальнейший расчет выполняется согласно Нормативному методу, в основе которого лежат полуэмпирические зависимости.
Основное из них - критериальное уравнение, которое связывает температуру продуктов сгорания на выходе из топки с критерием Больцмана топки:
0"т
Так как обусловленная температура входит в правую и в левую часть уравнения, то для ее вычисления воспользуемся методом последовательных приближений.
То есть, задавшись тремя значениями температуры продуктов сгорания на выходе из топки, расчет выполнить одновременно для трех значений температуры $ Т в колонках 6, 7, 8. Затем, построив интерполяционный график, определить искомую температуру. Пример построения интерполяционного графика показан на рисунке 4.
В первом приближении температуру продуктов сгорания на выходе из топки $ Т можно выбрать в интервале от 800 до 1300°С. Два других значения температуры долж-ныотличатьсяотсреднегона ±100оС.
10
Доступ онлайн
от 76 ₽
В корзину