ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВОДЯНОГО ЭКОНОМАЙЗЕРА

1. Уравнение теплового баланса ВЭК имеет следующий вид

, (10)

где – энтальпия газов на входе в ВЭК; – энтальпия газов за ВЭК при ; – коэффициент сохранения тепла, –. Значение потерь теплоты от наружного охлаждения q₅ определяется по рис. П.2 в зависимости от производительности котла и его нагрузки.

2. Уравнение теплопередачи

, (11)

где – коэффициент теплопередачи (для чугунного ВЭК типа ЦККБ принимается в зависимости от скорости газов по рис. П3, , Вт/(м²×К); – температурный напор ; w – скорость газов в ВЭК, ; – поверхность нагрева водяного экономайзера (задано), ; – расход топлива на котел, м³/с.

Температурный напор определяется по формуле

, (12)

где – разность температур сред в том конце поверхности, где разность температур больше, °С; – разность температур на другом конце поверхности, °С.

3. Средняя скорость дымовых газов в ВЭК,

, (13)

где – живое сечение ВЭК для прохода дымовых газов (задано), м²; - объем дымовых газов, проходящий через ВЭК, м³/м³:

. (14)

Средняя температура газов, :

. (15)

4. Проверка температуры питательной воды производится на выходе из ВЭК. При равенстве теплоты ВЭК балансовой и определенной по уравнению теплопередачи проверяем величину температуры питательной воды на выходе из водяного экономайзера. Температура питательной воды, °С, на выходе из ВЭК определяется по формуле

, (16)

где – теплоемкость воды (с=4,19 кДж/кг×К).

Для чугунных ВЭК должна быть меньше температуры кипения минус 20 ^oС ( ) или равна ей.

Теплосодержание питательной воды, кДж/кг, на выходе из ВЭК

. (17)

Испытание парового котла ШБ-А7

ОПИСАНИЕ КОТЛА ШБ-А7

Горизонтально – водотрубный котел типа Шухов – Берлин А-7 предназначен для выработки насыщенного пара и имеет следующие технические данные:

В соответствии с тепловой схемой котельной питательная вода из деаэратора после пластинчатого теплообменника поступает на насосы питательной воды, откуда через чугунный экономайзер подводится к барабану. Из барабана котловая вода идет по опускным трубам в цилиндрические камеры конвективных пучков, в нижние коллекторы экранных труб топки – боковых, задних и фронтальных.

Котел называется горизонтально-водотрубным, поскольку конвективные трубы располагаются под некоторым углом к горизонтальной плоскости по длине котла. Конвективные трубы составлены в 7 пучков по 24 трубы диаметром 76 мм, трубы расположены в шахматном порядке. Каждый пучок своими концами присоединен к трубным доскам входных и выходных цилиндрических коллекторов. С одной стороны к ним подходят опускные трубы, а с другой - отходят пароперепускные трубы с пароводяной смесью, поступающей в барабан для сепарации. Пароводяная смесь образуется также в парогенерирующих подъёмных трубах экранов топки: боковых, заднем и четырех трубах фронтального экрана. Пароперегревателя в котле ШБ-А7 нет.

Водяной экономайзер (некипящего типа) смонтирован из чугунных оребренных труб типа ЦККБ. Общее количество труб ЦККБ 40 штук, в одном горизонтальном ряду – 5. Длина чугунной оребренной трубы 1,99 м, диаметр трубы 120х10 мм, диаметры присоединительных фланцев и ребер 240 мм (при шаге ребер 25 мм), поверхность нагрева с газовой стороны 5,5 м², живое сечение для прохода газов 0,21 м².

Топка котла оборудована двумя газовыми подовыми горелками, установленными над цепной решеткой БЦР (которая ранее использовалась для сжигания угля). Решетка БЦР в настоящее время теплоизолирована от топочной камеры. Горелка представляет собой трубу диаметром 89 × 3,5 мм и длиной 2540 мм с двумя рядами отверстий диаметром 4,5 мм (по 91 отверстию в ряду под углом 90 градусов). Номинальная производительность каждой горелки 550 м³/ч. Газовые горелки расположены в кирпичных каналах шириной 200 мм поперек колосниковой решетки. Воздух подается дутьевым вентилятором ВД-6 под решетку по двум отводам от общего воздуховода. Расчетная температура горячего воздуха 250 °С. Весь воздух подается в каналы горелок.

Газ сгорает в диффузионных факелах. Продукты сгорания (и факел) обогревают сначала за счет радиационного теплообмена экранные трубы и часть конвективных пучков, расположенных над топкой. После топки газы разворачиваются с помощью установленной огнеупорной перегородки и направляются в среднюю часть конвективных пучков, в камеру дожигания. Отсюда, также с помощью перегородки, газы направляются через конвективную часть котла к хвостовым поверхностям нагрева и к теплообменнику и выбрасываются в атмосферу с помощью дымососа (мощностью 40 кВт) через кирпичную дымовою трубу высотой 60 м.

Питание котла водой осуществляется по двум питательным линиям, на которых установлены клапаны регуляторов питания. В теплообменнике-утилизаторе котла подогревается сырая вода, которая в дальнейшем догревается в подогревателях сырой воды котельной.

Пар от парового котла может поступать либо к паровой турбине (мини-ТЭЦ), либо на редукционную установку, где дросселируется, а затем направляется (в обоих случаях) для обогрева деаэратора. Для контроля за работой котла имеются тепловые, электрические и газовые щиты, на которых расположены необходимые приборы, переключатели и ключи блокировок. Регулировка тяги, дутья и расхода газа производится дистанционно с пульта управления котлом.

На рис. 1 представлена схема замеров основных величин на котле ШБ-А7

Рис. 1. Схема замеров основных величин на котле ШБ-А7

Рис. 2. Продольный разрез котла ШБ-А7:

1 – водяной экономайзер; 2 – барабан котла; 3 – опускные трубы; 4 – приемные цилиндрические коллекторы конвективных пучков;

5 – конвективный пучок, составленный из семи пучков; 6 – решетка БЦР (для сжигания твердого топлива); 7 – окно подачи воздуха к подовой горелке; 8 – подовая горелка; 9 – топочная камера; 10 – нижний коллектор боковых экранных труб; 11 – боковые экранные трубы; 12 – коллекторы пароводяной смеси конвективных пучков; 13 – перепускные трубы насыщенного пара; 14 – перегородки конвективного пучка; 15 – выход насыщенного пара из барабана котла; 16 – камера дожигания; 17 – воздухоподогреватель; 18 – предохранительный взрывной клапан; 19 – газоход уходящих газов к теплообменнику и далее к дымососу; а-б – граница установки ВЭК и ВЗП в зависимости от котлов № 1 или № 3

Результаты измерений

Сводная таблица измерений

№	Параметр	Обозна-чения	Размер-ность	Значение
Тепловой баланс котла
	Коэффициент избытка воздуха	α	–
	Энтальпия теоретических газов при tух		кДж/м3
	Энтальпия теоретического воздуха при tух		кДж/м3
	Энтальпия уходящих газов		кДж/м3
	Энтальпия холодного воздуха		кДж/м3
	Потери теплоты с уходящими газами		%
	Потери теплоты с химическим недожогом		%
	Потери теплоты через ограждения		%
	КПД		%
	Энтальпия насыщенного пара		кДж/кг
	Температура кипящей воды		°С
	Энтальпия кипящей воды		кДж/кг
	Энтальпия питательной воды		кДж/кг
	Расчетный расход топлива	Вт	м3/с м3/ч
	Расчетный расход топлива при 20 °С	Вт	м3/ч
	Невязка		%

Испытание водогрейного котла ПТВМ-30

Котел ПТВМ-30 №7 установлен на месте демонтированного котла ТВГМ-30 в котельной УГТУ-УПИ. Котел изготовлен ОАО «Дорогобужкотломаш (ДКМ)» и имеет следующие технические данные

Котел ПТВМ-30 (рис. 3) имеет П-образную компоновку и конструктивно делится на топку и конвективную шахту. Все наружные и промежуточные стены котла (кроме боковых стен конвективной части) полностью экранированы трубами Æ 60х3 с шагом 64 мм. Боковые стены конвективной части экранированы стояками из труб Æ 83х3,5 с шагом 128 мм. В эти стояки вварены U-образные змеевики верхнего и нижнего конвективных пакетов. Вся трубная система экранов и конвективной шахты опирается непосредственно на каркас котла на отметке +5,0м. Обмуровка котла выполнена облегченной с креплением непосредственно к трубам.

Поверхность нагрева: а) радиационная – 128,6 м²; б) конвективная – 693 м².

Обратная вода из тепловой сети под напором сетевых насосов последовательно проходит: задний экран топки, левый боковой экран топки; левую половину конвективной части (верхний и нижний пакеты), задний экран конвективной части, правую половину конвективной части (нижний и верхний пакеты), правый боковой экран топки, фронтовой экран. Движение воды в экранах и переброс потока с правой стороны на левую и обратно организуется за счет глухих перегородок в коллекторах и перепускных труб.

Суммарное сечение секций экранных труб составляет 0,073 – 0,082 м², что соответствует скорости циркуляционной воды в наиболее теплонапряженных участках 1,97 – 1,75 м/с (при нормальном расходе воды 483 т/ч). Расчетное гидравлическое сопротивление котла составляет 1,6 – 1,8 кгс/см².

Топка котла объемом 81,5 м³ выполнена в виде вертикальной шахты с глухим подом и образованна трубами фронтового, боковых и заднего экранов топки. На боковых экранах топки установлено по три газовых горелки с диаметром амбразур 335 мм. Над топкой в разводке труб фронтового экрана установлено два взрывных клапана мембранного типа сечением 0,22 м².

Повышение теплопроизводительности серийного котла ПТВМ-30 до 49,39 МВт достигается благодаря установке ОАО «ДКМ» в топке шести новых горелок типа ГГРУ-1000 конструкции ОАО «Экотеплогаз».

Техническая характеристика горелки:

− расход газа номинальный – 1000 нм³/ч;

− давление газа номинальное – 24 кПа;

− коэффициент рабочего регулирования – 6,5;

− давление дутьевого воздуха номинальное – 1,7 кПа.

Горелка газовая рециркуляционных устройств (ГГРУ) комплектуется блоком электромагнитных клапанов С4Н-5-43/1 с фильтром, горелкой запальной ЭИВ-01 и ионизационным датчиком контроля пламени. Конструкция горелки, по утверждению авторов, позволяет значительно снизить выбросы оксидов азота NO_x в атмосферу, что является существенным фактором для городской котельной.

Результаты измерений:

№	Величина	Обозна-чения	Размер-ность	Значение
	Расход топлива	В	м3/ч
	Расход воды через котел	Gв	т/ч
	Температура на выходе из котла		°С
	Температура на входе в котел		°С
	Температура уходящих газов	tух	°С
	Концентрация кислорода в уходящих газах	О2	%
	Концентрация оксида углерода	СО	%

После обработки результатов в соответствии с вышеописанной методикой полученные данные сводятся в единую таблицу.

Сводная таблица измерений

№	Величина	Обозна-чения	Размер-ность	Значение
Тепловой баланс котла
1.	Коэффициент избытка воздуха	α	–
2.	Энтальпия теоретических газов при tух		кДж/м3
3.	Энтальпия теоретического воздуха при tух		кДж/м3
4.	Энтальпия уходящих газов		кДж/м3
5.	Энтальпия холодного воздуха		кДж/м3
6.	Потери теплоты с уходящими газами		%
7.	Потери теплоты с химическим недожогом		%
8.	Потери теплоты через ограждения		%
9.	КПД	h	%
10.	Расчетный расход топлива	Вт	м3/ч
11.	Расчетный расход топлива при 20 °С	Вт	м3/ч
12.	Невязка

Рис. 3. Схема котла ПТВМ-30 с указанием точек замеров

Испытание парового котла ДЕ-25-1,4-225

Паровые котлы ДЕ предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого для технологических нужд промышленных предприятий, а также систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Котлы двухбарабанные вертикально-водотрубные выполнены по конструктивной схеме «Д», характерной особенностью которой является боковое расположение топочной камеры относительно конвективной части котла (рис.4).

Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок и образующие топочную камеру левый топочный экран (газоплотная перегородка), правый и задний топочные экраны, а также трубы экранирования фронтовой стенки топки.

Во всех типоразмерах котлов внутренний диаметр верхнего и нижнего барабанов составляет 1000 мм. Длина цилиндрической части барабанов увеличивается с повышением паропроизводительности котлов от 2250 мм для котлов 4 т/ч до 7500 мм для котлов 25 т/ч. Расстояние между осями барабанов 2750 мм.

Барабаны изготавливаются из листовой стали марки 16ГС ГОСТ5520-79 толщиной 13 и 22 мм для котлов с рабочим абсолютным давлением соответственно 1,4 и 2,4 МПа (14 и 24 кгс/см²).

Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах имеются лазы.

Конвективный пучок образован коридорно расположенными по всей длине цилиндрической части барабанов вертикальными трубами Ø51х 2,5 мм, присоединяемыми к верхнему и нижнему барабанам.

Ширина конвективного пучка составляет 1000 мм для котлов паропроизводительностью 10; 25 т/ч и 890 мм – для остальных котлов.

Продольный шаг труб конвективного пучка 90 мм, поперечный – 110 мм (кроме среднего, расположенного по оси барабанов шага, равного 120 мм). Трубы наружного ряда конвективного пучка устанавливаются с продольным шагом 55 мм; на вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда отверстий.

В конвективных пучках котлов 4; 6,5 и 10 т/ч устанавливаются продольные чугунные или ступенчатые стальные перегородки. Котлы на 16 и 25 т/ч перегородок в пучке не имеют.

Конвективный пучок отделен от топочной камеры газоплотной перегородкой (левым топочным экраном), в задней части которой имеется окно для входа газов в пучок.

Трубы газоплотной перегородки, правого бокового экрана, образующего также под и потолок топочной камеры, и трубы экранирования фронтовой стенки вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны.

Поперечное сечение топочной камеры для всех котлов одинаково. Ее средняя высота составляет 2400 мм, ширина – 1790 мм. Глубина топочной камеры увеличивается с повышением паропроизводительности котлов от 1930 мм для ДЕ – 4 т/ч до 6960 мм для ДЕ – 25 т/ч.

Минимальная нагрузка котлов по пару в зависимости от состояния горелки 20 – 30% от расчетной.

Максимальная нагрузка котлов по пару с учетом достаточного дутья и тяги (кратковременная) для котлов ДЕ-4-10ГМ 120% от расчетной; для котлов ДЕ16-25ГМ 110% от расчетной.

Температура питательной воды 100°С (+10; -10).

Температура дутьевого воздуха перед горелкой не ниже 10°С.

Буква “О” в заводском обозначении котлов означает: котел в обшивке и изоляции.

При комплектации котлов, работающих на мазуте, стальным экономайзером для увеличения срока службы последнего, необходимо предусматривать дополнительные подогреватели питательной воды, обеспечивающие подогрев воды перед экономайзером до 130°С (для увеличения температуры стенки змеевиков экономайзера). Это связанно с имеющей место в данных условиях низкотемпературной, сернистой коррозией, интенсивно протекающей при конденсации сернистой кислоты на более холодные, ниже точки росы, стенки металла.

Заводом возможна комплектация котлов паропроизводительностью 4; 10 т/ч компактными стальными экономайзерами, поставляемыми одним блоком с котлом и установленными в нижний барабан подогревателями питательной воды.

Результаты измерений

После обработки результатов в соответствии с вышеописанной методикой полученные данные сводятся в единую таблицу.

Рис.4. Схема котла ДЕ-25-14 с указанием точек замеров

Сводная таблица измерений

№	Величина	Обозна-чения	Размер-ность	Значение
Тепловой баланс котла
1.	Коэффициент избытка воздуха	α	–
2.	Энтальпия теоретических газов при tух		кДж/м3
3.	Энтальпия теоретического воздуха при tух		кДж/м3
4.	Энтальпия уходящих газов		кДж/м3
5.	Энтальпия холодного воздуха		кДж/м3
6.	Потери теплоты с уходящими газами		%
7.	Потери теплоты с химическим недожогом		%
8.	Потери теплоты через ограждения		%
9.	КПД		%
10.	Энтальпия насыщенного пара		кДж/кг
11.	Температура кипящей воды		°С
12.	Энтальпия кипящей воды		кДж/кг
13.	Энтальпия питательной воды		кДж/кг
14.	Расчетный расход топлива	Вт	м3/с м3/ч
15.	Расчетный расход топлива при 20 °С	Вт	м3/ч
16.	Невязка		%

Тепловой расчет водяного экономайзера

Для утилизации тепла, увеличения КПД и уменьшения расхода топлива в котле устанавливается водяной экономайзер (ВЭК).

В данной работе проводится испытание водяного экономайзера, установленного за котлом ШБ-А7.

Водяной экономайзер (некипящего типа) смонтирован из чугунных оребренных труб типа ЦККБ. Общее количество труб ЦККБ 40 штук, в одном горизонтальном ряду – 5. Длина чугунной оребренной трубы 1,99 м, диаметр трубы 120х10 мм, диаметры присоединительных фланцев и ребер 240 мм (при шаге ребер 25 мм), поверхность нагрева с газовой стороны 5,5 м², живое сечение для прохода газов 0,21 м².

Дымовые газы после котла охлаждаются до и поступают в ВЭК, где происходит их дальнейшее снижение до (рис. 1).

Результаты измерений:

№	Величина	Обозна-чения	Размер-ность	Значение
	Расход топлива	В	м3/час
	Расход пара	Dп	т/час
	Температура дымовых газов на входе в ВЭК		°С
	Температура дымовых газов на выходе из ВЭК		°С
	Температура питательной воды на входе в ВЭК	tпв	°С

После обработки результатов в соответствии с вышеописанной методикой полученные данные сводятся в единую таблицу.

Сводная таблица измерений

№	Величина	Обозна-чения	Размер-ность	Значение
	Коэффициент избытка воздуха	α	–
	Энтальпия газов на входе		кДж/м3
	Энтальпия газов на выходе		кДж/м3
	Потери теплоты через ограждения		%
	Коэффициент сохранения тепла	φ
	Количество теплоты балансовое	Qб	кДж/м3
	Энтальпия питательной воды на входе		кДж/кг
	Средняя температура дымовых газов		°С
	Объем дымовых газов		м3/м3
	Скорость дымовых газов	w	м/с
	Коэффициент теплопередачи	k	Вт/(м2К)
	Энтальпия питательной воды на выходе		кДж/кг
	Температура питательной воды на выходе	t"пв	°С
	Температурный напор		°С
	Тепловосприятие в ВЭК	Qт	кДж/м3
	Невязка		%

ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет оформляется и защищается студентами в соответствии с содержанием лабораторных работ. К отчету прикладываются схемы с указанием точек замеров и необходимые расчеты.

В отчете должны быть сводные таблицы, содержащие как исходные данные, так и результаты обработки данных.

Перед защитой лабораторных работ студент должен подготовить ответы на контрольные вопросы, приведенные в методических указаниях, и ответить на 5 из них по выбору преподавателя.