Федеральное агентство морского и речного транспорта Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова Кафедра: Судовые котельные установки. Курсовая работа на тему: ”Расчет судового котла” Выполнил: студент з/о 3 курса Земсков Е. Е. з/к № 15559 Проверил: Бугаев Е. А. Санкт-Петербург 2018 Содержание 1. Задание на курсовой проект 2. Тепловой расчет утилизационного парогенератора для установки с турбогенератором. 2.1. Предварительное распределение тепловосприятий по отдельным элементам парогенератора. 2.2. Расчет теплопередачи в парогенераторе с прямоугольной компоновкой 2.2.1. Пароперегреватель 2.2.2. Пучок кипятильных труб 2.2.3. Водяной экономайзер 2.3.Обоснование выбора котла и его конструктивные особенности Список использованной литературы Задание к курсовому проекту по дисциплине «Судовые котельные установки» КУП 660/7 8ДКРН74/1603 N e = 10500кВт be = 0,223 кг/кВт ДМ D к = 5400 кг/ч Dпе = 5000 кг/ч 9 10 Тип котла Марка двигателя Эксплуатационная мощность двигателя Удельный расход топлива Марка топлива Полная паропроизводительность Количество перегретого пара Параметры пара: а) давление в сепараторе или барабане вспомогательного парогенератора б) температура Температура газов перед парогенератором Средний коэффициент избытка воздуха 11 12 Температура питательной воды Газодинамическое сопротивление (не выше) t 1 2 3 4 5 6 7 8 p = 0,7 МПа t = 258 °С t = 345 °С c 1 =3 = 50 °С hк = 200 пв 3 2. Тепловой расчет утилизационного парогенератора для установки с турбогенератором 2.1. Предварительное распределение тепловосприятий по отдельным элементам парогенератора Таблица №1 № Наименование величины Обозначение Размерность Расчетная формула или способ определения Значение р МПа. Задано 0,7 t °С кДж кг % Из таблицы водяного пара при р 164,96 2064,92 Принимается 0,1 1. Параметры насыщенного пара: а) давление в сепараторе или в барабане вспомогательного парогенератора б) температура кипения в) теплота парообразования г) влажность 2. Параметры пара за перегревателем: а) давление б) температура 3. Энтальпия пара: а) сухого б) насыщенного в) перегретого 4. Температура и энтальпия питательной воды с s r 1- x р t МПа. i i 6. паропроизводительность Количество пара: а) перегретого б) насыщенного 7. Количество топлива, 8. сжигаемого в двигателе Полезно использованное тепло с - р е Задано 0,65 258 Из табл. водяного пара кДж кг x 1 х r 100 Из табл. водяного пара Задано i =i " x пе t i D пв D D к пе н °С кДж кг кг ч кг ч Задано Задано D н = D к - Dпе 2761,9 2759,835 2971 50 207 5400(1,5кг/с) 5000(1,39кг/с ) 400(0,11кг/с) 0,650 Q кг c кДж час t J °С кДж кг Задано 345 Из диаграммы J - t 16170 - Принимается 1 B пол 9. Температура и энтальпия газов перед парогенератором 10. Коэффициент, учитывающий протечку газов через байпасное р (0,03-0,05МПа) °С " пв 5. Полная Оценивается пе пе i с 1 1 C B = be N e Q D ( iпв - iпв ) + + D ( i x - iпв ) пол = пе 6338,302 н 4 устройство 11. Потеря тепла в окружающую среду и коэффициент сохранения тепла 12. Энтальпия и температура газов за водяным экономайзером q 5 φ J t Принимается 2 – 4 % 100 q 5 φ= 100 % % 2 2 K i i t с 15. Энтальпия и температура cB Из диаграммы J - t 9702,345 218 - Принимается 3 кДж кг Из табл. водяного пара 697,07 воды на выходе из экономайзера (цирк вод) кДж кг °С ц циркулирующей воды на входе в экономайзер 16. Температура и энтальпия ' ц t э.в. i э.в. 17. Количество переданного тепла: а) в пароперегревателе б) в водяном экономайзере 18. Энтальпия и температура газов: а) за пароперегревателем Q Q пе J t з .п. б) за пучком кипятильных труб J t з .к . з .к . 19. Объем газов (продуктов сгорания двигателя) кДж час J =J 2 V Q кДж кг °С кДж кг °С к 1 - Q пол ( 1) i iп.в. ' i ц = Из табл. водяного пара t (20 30) Из табл. водяного пара э.в. = Q Q пе = t s пе i J з.п. J з .к . = J 1 = J 2 - Q пе cB Из диаграммы J – t - Q 144,96 607,9 450,918 D ( iпе - i x ) = K D к ( э.в. - iц ) Э 533,7133 127 Э 513,271 15709,88 327 10226,09 cB Из диаграммы J – t 222 кг Из таблицы приложения 33,78 кДж час Q = Q -Q -Q нм 20. Количество тепла, переданного поверхности нагрева кипятильных труб °С кДж кг Э з.п. 0,98 кДж кг °С 13. Кратность циркуляции при эксплуатационной нагрузке 14. Энтальпия кипящей воды при давлении р 2 3 к пол пе 5374,113 Э 5 2.2. Расчет теплопередачи в парогенераторе с прямоугольной компоновкой Таблица №2 № Наименование величины Обозначение Размерность Расчетная формула или способ определения Значение 2.2.1. Пароперегреватель 1. Диаметр труб 2. Шаг труб в пучке: 3. 4. а) поперечный б) продольный Поперечные размеры газохода: а) ширина б) длина Количество труб в одном ряду м м d S S 1 2 b l Z Принимается Принимается м Принимается м м Из эскиза Из эскиза l Z 1 = 1 - 1 S 5. Площадь живого 6. сечения для прохода газов Разность температур газов и пара а) большая б) меньшая 7. Температурный напор 8. Средняя расчетная температура потока газов F м Г tб tм °С °С t пе °С t пот Т °С К пот t t t = t t м t пе = t пот = 49 3,64 1 пе 1 эп 87 162 s t б t м ln t б t м = t пе + пот Т 2,6 2,8 d S tб = 0,06 0,059 1 S F r = bl 1 2 0,03 t пот t пе 120,7913 ts 2 + 273 332,27133 605,2713 9. Средняя скорость газов 10. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке 11. Расчетные коэффициенты: а) полноты омывания б) загрязнения 12. Удельный объем пара: а) сухого W Г к м сек кДж м 2 ч С м ч С кДж W Г = B V Г T пот 13,38 3600 F Г 273 Из номограммы 113 Принимается 0,95 Принимается 0,007 2 v " Из табл. вод. пара при при р р 0,273 с пе 6 б) перегретого м 3 v пе в) средний 13. Средняя скорость пара в трубе перегревателя 14. Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару 15. Коэффициент теплопере-дачи 16. Поверхность нагрева пароперегревателя v П 2 пе Н м сек кДж м 2 м 2 = П ч С n пе ср 24,1 2 1 Из номограммы пе 1 Н пе = 2 n 1260 1 = к - пе D v 3600 d Z 4 вн ч С м пе W 17. Расчетное количество ветвей змеевика = 0,5 ( v + vпе ) 0,2825 кДж 0,292 " ср кг ср W v Q 58,45 1 2 пе пе t пе Н = пе пе d b Z1 41,5 4 2.2.2. Пучок кипятильных труб 18. Диаметр труб 19. Шаг труб в пучке: а) поперечный б) продольный 20. Количество труб в одном ряду м м dк S S 1К м 2К Z Принимается Принимается 23. Температурный напор 24. Средняя расчетная температура потока газов 25. Средняя скорость газов 26. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке 27. Коэффициент теплопередачи F м ГК tб 2 tм °С °С tк °С t Т W К .пот °С К м сек К .пот ГК кДж к к м 2 ч С кДж к S S F = bl 48 1К 21. Площадь живого сечения для прохода газов 22. Разность температур газов и пара а) большая б) меньшая 0,06 0,06 Принимается l 1 Z1= - 1К 0,03 м 2 ч С r tб = 1К dК S 1К t t t = t t м tк = t Т к пот к пот W ГК = зп s эк s 162,04 57,04 t б t м ln t б t м = tк + t s к пот К .пот Г 100,6790 265,639 t + 273 B V Т 3600 F 273 = 3,64 538,639 11,9 ГК Из номограммы к = 1 кк 106 59,06505 7 28. Поверхность нагрева пучка кипятильных труб 29. Расчетное количество ветвей змеевика Н n м к n - к Н 2 к = Q = к к к t к Н к d К b Z 1К 587,799 21 2.2.3. Водяной экономайзер 30. Диаметр труб 31. Шаг труб в пучке: а) поперечный б) продольный d S S м Э Принимается как в кип. пучке 0,03 м Принимается как в кип. пучке 0,06 0,06 - Принимается как в кип. пучке 48 Принимается как в кип. пучке 3,64 м 1Э 2Э 32. Количество труб в одном ряду Z 1Э 33. Площадь живого сечения для прохода газов 34. Разность температур газов и пара а) большая б) меньшая 35. Температурный напор 36. Средняя расчетная температура потока газов 37. Средняя скорость газов 38. Коэффициент теплоотдачи конвекцией от газов к стенке 39. Коэффициент теплопере-дачи 40. Поверхность нагрева водяного экономайзера F м ГЭ tб 2 tм °С °С tЭ °С t Т Э . пот °С К Э .пот W кДж м 2 ч С кДж Э Н Э t t tм = t t tЭ = м ЭГ ЭВ t Ц 2 + 273 Т Э.пот Т м Н Э = Э = 187 91 133,56 167,495 440,495 9,739 К .пот Из номограммы ч С 2 t Э . пот W ЗВ t б t м ln t б t м tЭ + 2 Ц 2 ЗК t м сек ЭГ Э К tб = 84 1 1 КЭ Q Э Э tЭ 51,2 105,4 8 41. Расчетное количество ветвей змеевика 2.3 1 2 4 5 6 Э n - Э Н = Э d Э b Z 1Э 8 Газодинамический расчет hн hм1 Сопротивление в приемной камере а) сопр-ие трения газов о стенки б) местное сопр-ие при входе в камеру в) коэффициент сопротивления г)плотность газов при средней температуре потока hnk hн даПа даПа Из номограммы hм1 даПа Wг2 1 2 Сопротивление в пучке труб пароперегревателя hnе а) коэфф-т сопротивления 3 n Сопротивление в пучке кипятильных труб а) коэффициент сопротивления Сопротивление в пучке экономайзера а) коэффициент сопротивления Сопротивление в выпускной камере а) сопротивление в искроуловителе б)коэффициент сопротивления в) сопротивление трения газов о стенки Суммарное сопротивление тракта в котле 1 кг / м даПа 2 hk даПа 4 hвk hи даПа hн (вк) h 32.224 0,3 принимается 1,2 2 Wг2 2 3 Wкг2 2 Из номограммы W2 4 эг 2 Из номограммы даПа hвk hн (вк) даПа W2 и эг 2 Принимается и 6 Из номограммы Из номограммы 3 hэ 3 38.224 37.595 0,35 33.986 0,4 19.918 0,35 22.513 17.013 0.3 даПа Из номограммы 5.5 даПа hnk hnе hk hэ hвk 152.236 9 Обоснование конструктивной схемы котла. Необходимо создать утилизационный парогенератор для системы с глубокой утилизацией теплоты. Тип котла –водотрубный с многократной принудительной циркуляцией со змеевиковым экономайзером, испарителем и пароперегревателем. Заводизготовитель котла-Балтийский завод. Утилизационные котлы КУП 660/7-1 с сепаратором пара используются в составе теплоутилизационных контуров судовых энергетических установок для генерации пара за счёт утилизации тепла выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Насыщенный пар, отбираемый от сепаратора пара, предназначен для обеспечения паром хозяйственных и бытовых нужд на ходовых режимах судна. Перегретый пар, генерируемый в утилизационном котле обеспечивает работу турбогенератора. Одновременно УК обеспечивает улавливание крупных частиц несгоревшего топлива и глушение шума выхлопа ДВС. Особенность такой системы состоит в том ,что утилизационный агрегат генерирует пар, основным потребителем которого является турбогенератор. Для высокой эксплуатационной эффективности установки, работающей по этой схеме, требуется обеспечить достаточное давление пара и некоторый его перегрев, а также необходимо обеспечить возможно низкую температуру уходящих газов. При этом величина температуры воды, поступающей в экономайзер, должна исключать сернистую коррозию труб из-за возможной конденсации паров, содержащихся в продуктах сгорания дизеля. Практика создания и эксплуатации утилизационных установок с турбогенератором показывает ,что циркулирующая вода при входе в экономайзер должна иметь температуру в известных пределах выше температуры точки росы уходящих газов двигателя. Это условие обеспечивается за счёт подогрева питательной воды либо в поверхностном подогревателе перед тем, как она будет направлена в экономайзер, либо в сепараторе, который получается в этом случае подогревателем смесительного типа, греющей средой в котором является кипящая вода из утилизационного парогенератора. Исходя из этих соображений наиболее подходит в данной схеме парогенератор с принудительной циркуляцией, имеющий прямоугольную компоновку гладкотрубных змеевиковых пучков. Принципиальная схема указана на рисунке 1 10 Рис. 2. Схема судовой утилизационной установки. 1 — котел; 2 — отвод уходящих газов; 3 — вход выхлопных газов; 4 — теплый ящик; 5 — питательный насос; 6 — отвод перегретого пара к турбогенератору; 7 — циркуляционный насос; 8 - сепаратор пара; 9 — отвод постоянного пара к потребителям. В рассмотренном УК КУП 660/7-1, который установлен на теплоходе «Зоя Космодемьянская» и других судах. На ходовом режиме котел обеспечивает перегретым паром турбогенератор, а насыщенным – вспомогательные потребители. Поверхности нагрева водяного экономайзера, парообразующих элементов и пароперегревателя выполнены из гладких труб 30х3 мм в виде змеевиковых пакетов. Вода подается циркуляционным насосом в экономайзер, где осуществлен принцип противотока, обеспечивающий некоторое уменьшение поверхности нагрева. Экономайзер в этом котле, как и в главных агрегатах, некипящего типа. По перепускным трубам вода поступает в парообразующую секцию. Здесь использован принцип прямотока, это позволяет надежно отводить восходящим движением пароводяную смесь, повышая надежность котла. Из верхнего коллектора пароводяная смесь отводится в сепаратор пара, откуда насыщенный пар по сообщительной трубе направляется в пароперегреватель и далее на турбогенератор. Отработавшие газы от главного дизеля подводятся снизу к приемной камере, в которой имеется дренажная труба для слива накапливающегося гудрона или попавшей в газоход воды. Для наружной очистки поверхностей нагрева предусмотрены сажеобдувочные устройства. 11 Каркас и обшивка котла. Фундаменты и опоры Наружный кожух котла может быть, в принципе, произвольной формы. Он отстоит от внутреннего кожуха на расстоянии нескольких десятков сантиметров и дистанционируется от него различными распорными скобами, швеллерами, кницами и угольниками. Таким образом наружный и внутренний кожухи образуют единую жесткую коробчатую конструкцию. Для установки и надежного крепления котла на судне служат фундаменты, привариваемые к судовому набору, и опоры, закрепляемые в нижних частях котла (на нижних коллекторах). Одна из опор котла делается неподвижной, с жестким креплением. Как правило, неподвижной является опора под нижним коллектором пароперегревателя со стороны переднего фронта котла (под главным стопорным клапаном). Остальные опоры, с целью обеспечения тепловых расширений при работе котла, выполняются подвижными. 12 Список использованной литературы 1. В. И. Енин, Н. И. Денисенко, И. И. Костылев “Судовые котельные установки”, изд. Транспорт 1993г. 2. К. Ф. Роддатис, А. Н. Полтарецкий ”Cправочник по котельным установкам малой производительности ”, изд. Энэргоатомиздат 1989г. 3. Н. Б. Либерман, М. Т. Няньковская “Справочник по проектированию котельных установок и систем центрального теплоснабжения ”, изд. Энергия 1979г. 4.В.Н.Зелепухин «Эксплуатация и конструкция КУП 660/7-1 2004г. 5.Д.А.Шатровский «Методические указания по тепловому расчёту судового котла», ГУМРФ им.адм.С. О. Макарова, 2012г. 13
