Тепловой расчет котла ДЕ16–14ГМ. Принципиальное устройство котла

ВВЕДЕНИЕ

Тепловая энергия является одним из основных видов энергии, необходимых для обеспечения жизнедеятельности человека. Тепловую энергию в основном используют для получения электрической энергии, для технологических нужд предприятий различного назначения, для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.

Комплексы устройств, производящих тепловую энергию и обеспечивающих ее доставку потребителю в виде водяного пара или горячей воды, называют системами теплоснабжения.

Пар в промышленности, сельском хозяйстве и коммунальном хозяйстве применяют для технологических нужд, вентиляционных установок, в сушилках, для отопления производственных и жилых помещений, а также для нагрева воды, используемой в производстве и для бытовых нужд.

Системы теплоснабжения являются важнейшей составляющей энергетического хозяйства страны. Важнейшим звеном единой системы энергосбережения служат котельные (теплогенерирующие) установки - совокупность узлов и механизмов для производства тепловой энергии в виде водяного пара или горячей воды. В качестве первичных источников энергии для теплогенерирующих установок используют органическое и ядерное топливо, солнечную и геотермальную энергию, горючие и тепловые отходы промышленных предприятий. По своему агрегатному состоянию все виды органического топлива разделяют на твердое, жидкое и газообразное. Поэтому эффективное использование этого важнейшего источника теплоты в теплогенерирующих установках является важной составной частью крупнейшей народнохозяйственной задачи по экономии топливно-энергетических ресурсов.

Снижение удельных расходов высокосерийного мазута на единицу конечной продукции достигается применением новых технологических процессов и более экономичного оборудования.

Мазутофицированные котельные агрегаты, использующие современные конструкции мазутогрелочных устройств, наиболее рационально сжигающих мазут, автоматизация процессов горения способствуют обеспечению энергосбережения.

ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КОТЛА

Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара. Это комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов топлива к воде и пару. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пара из воды, служит топливо.

Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке являются:

1. процесс горения топлива,

2. процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой,

3. процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и нагрева полученного пара.

Во время работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующийся в топке теплоносителя. В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления и температуры.

Газомазутные вертикально-водотрубные паровые котлы типа ДЕ-16т/ч предназначены для выработки насыщенного и слабоперегретого пара, идущего на технологические нужды промышленных предприятий, в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Топочная камера котлов размещается с боку от конвективного пучка, образованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Ширина топочной камеры по осям боковых экранных труб одинакова для всех котлов - 1790 мм.

Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, боковой и задний экраны, образующие топочную камеру.

Трубы парового бокового экрана, образующие также пол и потолоктопочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Концы труб заднего экрана приваривают к верхнему и нижнему коллекторам диаметром 159x6 мм. Трубы фронтового экрана котлов паропроизводительностью 16 т/ч приварены к коллекторам диаметром 159x6 мм.

В водяном пространстве верхнего барабана находится питательная труба и труба для ввода фосфатов, в паровом объеме - сепарационные устройства. В нижнем барабане размещают перфорированные трубы для продувки, устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубки для спуска воды.

На котле предусмотрена непрерывная продувка из нижнего барабана и периодическая - из нижнего коллектора заднего экрана, если задний экран имеет коллектор, если нет - периодическая продувка совмещена с непрерывной, осуществляемой из фронтового днища нижнего барабана.

Котел выполнен с одноступенчатой схемой испарения. Опускным звеном циркуляционных контуров являются последние по ходу газов наименее обогреваемые ряды труб конвективного пучка.

Конвективный пучок от топочной камеры отделен газоплотной перегородкой (левым топочным экраном), в задней части которой имеется окно для входа газов в пучок. Перегородка выполнена из вплотную поставленных (S=55 мм) и сваренных между собой труб диаметром 51х2,5 мм. При вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда. Места разводки уплотняют металлическими проставками и шамотобетоном. Конвективный пучок образован коридорно расположенными вертикальными трубами диаметром 51х2,5 мм, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Шаг труб вдоль барабана 90 мм, поперечный 110 мм. Для поддержания необходимого уровня скоростей газов в конвективных пучках котлов устанавливают продольные чугунные или ступенчатые стальные перегородки. Выход дымовых газов из котлов осуществляется через окно, расположенное на задней стенки котла.

Все типоразмеры котлов имеют одинаковую циркуляционную схему. Контуры заднего экрана всех котлов и фронтового экрана котлов соединяют с барабаном через промежуточные коллекторы: нижний - раздающий

(горизонтальный) и верхний - собирающий (наклонный). Концы промежуточных коллекторов со стороны, противоположной барабанам, объединены не обогреваемой рециркуляционной трубой диаметром 76х3,5 мм.

В качестве первичных сепарационных устройств 1-й ступени испарения используют установленные в верхнем барабане направляющие щиты и козырьки, обеспечивающие выдачу пароводяной смеси на уровень воды. В качестве вторичных сепарационных устройств 1-й ступени котла используют горизонтальный жалюзийный сепаратор и дырчатый лист.

Пароперегреватель котлов выполнен змеевиковым из труб диаметром 32х3 мм. Плотное экранирование боковых стен, потолка и пола топочной камеры позволяет на котлах применить легкую изоляцию в два-три слоя изоляционных плит общей толщиной 15-20 мм. Обмуровку фронтовой и задней стенок выполняют по типу облегченной обмуровки: кирпич шамотный толщиной 65 мм и изоляционные плиты общей толщиной 100 мм.

Каждый котел ДЕ снабжен двумя пружинными предохранительными клапанами, один из которых является контрольный. На котлах без пароперегревателя, оба клапана устанавливают на верхнем барабане котла, и любой из них может быть выбран как контрольный. На котлах с пароперегревателем контрольным клапаном является клапан выходного коллектора перегревателя.

С понижением давления в котлах до 0,7 МПа изменений в комплектации котлов экономайзерами не требуется, так как подогрев воды в питательных экономайзерах до температуры насыщения пара в котле составляет более 200 о С.

Паровой котёл ДЕ-16-14 ГМ-О (ДЕ-16-14-225 ГМ-О)* – котёл, основными элементами которого являются верхний и нижний барабаны, топка, образованная экранированными стенками, горелка и пучок вертикальных труб между барабанами. Это газомазутные вертикально-водотрубные котлы, предназначенные для выработки насыщенного пара при сжигании природного газа, мазута, легкого жидкого топлива для технологических нужд промышленных предприятий, в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Расшифровка наименования котла ДЕ-16-14ГМ-О (ДЕ-16-14-225ГМ-О)*:
ДЕ – тип котла; 16 - паропроизводительность (т/ч); 14 – абсолютное давление пара (кгс/см 2); ГМ - котел для сжигания газообразного топлива / жидкого топлива (дизельное и печное бытовое топливо, мазут, нефть); 225 – температура перегретого пара, °С (в случае отсутствия цифры – пар насыщенный); О - котел, поставляемый в обшивке и изоляции.

Цена: 5 298 200 рублей, 5 557 800 рублей (*)

ДЕ-16-14 ГМ-О - паровой газомазутный вертикально-водотрубный котёл, предназначенный для выработки насыщенного или перегретого до 225 °С пара, используемого на технологические нужды, отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Отличительной особенностью котла, как и всей серии паровых котлов ДЕ, является расположение топочной камеры сбоку конвективного пучка, образованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах.

Технические характеристики котла ДЕ-16-14 ГМ-О

Комплектация парового котла ДЕ-16-14 ГМ-О

Устройство и принципы работы ДЕ-16-14

Котлы типа ДЕ (Е) состоят из верхнего и нижнего барабанов, трубной системы и комплектующих. В качестве хвостовых поверхностей нагрева применяются стальные или чугунные экономайзеры. Котлы могут комплектоваться как отечественными, так и импортными горелками. Котлы типа ДЕ, могут оборудоваться системой очистки поверхностей нагрева.

Для всех типоразмеров котлов внутренний диаметр верхнего и нижнего барабанов составляет 1000 мм. Поперечное сечение топочной камеры также одинаково для всех котлов. Однако, глубина топочной камеры увеличивается с повышением паропроизводительности котлов.

Топочная камера котлов ДЕ размещается сбоку от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. Топочный блок образуется конвективным пучком, фронтовым, боковым и задним экранами. Конвективный пучок отделен от топочной камеры газоплотной перегородкой, в задней части которой имеется окно для входа газов в пучок. Для поддержания необходимого уровня скорости газов в конвективных пучках устанавливаются продольные ступенчатые перегородки, изменяется ширина пучка. Дымовые газы, проходя по всему сечению конвективного пучка, выходят через переднюю стенку в газовый короб, который размещён над топочной камерой, и по нему проходят к расположенному сзади котла экономайзеру.

В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба и труба для ввода сульфатов, в паровом объёме – сепарационные устройства. В нижнем барабане размещаются устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубки для спуска воды, перфорированные трубы непрерывной продувки.

В котлах типа ДЕ применена схема одноступенчатого испарения. Вода циркулирует следующим образом: питательная подогретая вода подается в верхний барабан под уровень воды. В нижний барабан вода поступает по экранным трубам. Из нижнего барабана вода поступает в конвективный пучок, под нагревом превращаясь в пароводяную смесь, поднимается в верхний барабан.

На верхнем барабане котла устанавливается следующая арматура: главная паровая задвижка, клапаны для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды. Каждый котел снабжен манометром, двумя пружинными предохранительными клапанами, один из которых является контрольным клапаном. Для удобства обслуживания котлы ДЕ оснащаются лестницами и площадками.

Назначение и устройство

Двухбарабанные котлы с естественной циркуляцией, паропроизводительностью соответственно 16 и 25 тонн пара в час, с разрешённым давлением 14 ата рботающие на газомазутном топливе.

Выпускаются в настоящее время Бийским котельным заводом, Алтайский край .

Предназначены для выработки насыщенного пара для технологических нужд, а также для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения . При необходимости могут вырабатывать перегретый пар, но для этого котлы должны оснащены пароперегревателями.

Состоят из двух барабанов: верхнего и нижнего. Размеры барабанов одинаковы: Øвнутр1000 мм, толщина стенок 13 мм, длина цилиндрической части 7500 мм.

Барабаны – стальные цилиндрические сосуды, имеющие по торцам выпуклые днища, сварные. Оба барабана спереди и сзади имеют люки для осмотров и ремонтов. Внутри верхнего барабана имеются паросепарирующее и водораспределительное устройства, а также перегородка разделяющая барабан на чистый и солёный отсеки. В перегородке вверху имеется окно, соединяющее отсеки по пару, а внизу труба

Ø108х4 мм соединяющая отсеки по воде. Внутри нижнего барабана имеется устройство для равномерного разогрева при пуске котла, а также сплошная перегородка, разделяющая барабан на чистый и солёный отсеки. Кроме того в нижнем барабане расположены перфорированные трубы периодической продувки.

Барабаны между собой соединяются пакетом конвективных труб. Для обеспечения циркуляции воды в солёном отсеке барабаны в задней части соединяются необогреваемыми опускными трубами. В котле Е(ДЕ) – 16-14 ГМ их две, а в котле Е(ДЕ) – 25-14 ГМ – три.

Для обдувки конвективных труб от сажи при работе котлов на мазуте они оборудуются аппаратами, которые в поперечном направлении пронизывают конвективные пакеты. У котлов Е(ДЕ)-16-14 ГМ их два, а у котлов Е(ДЕ)-25-14 ГМ – три. Топки котлов расположены с правой стороны от барабанов и ограждаются четырьмя экранами: передним, задним, боковым и ширмовым. Трубы экранные и конвективные Ø51х25 мм в коллекторы ввариваются, а в барабаны вальцуются. Трубы переднего экрана вальцованы непосредственно в верхний и нижний барабаны, а трубы заднего экрана вварены в нижний и верхний коллекторы. Трубы правого бокового экрана закрывают также под и потолок топки и вальцованы в нижний и верхний барабаны. трубы ширмового экрана расположены близко друг к другу и между ними приварены стальные перегородки для создания газоплотной стенки топки. В конце топки трубы ширмового экрана расположены редко и между ними нет перегородки для выхода ДГ из топки в конвективную часть.

На передних стенках топок расположено по одной газомазутной горелке.

Котлы нижним барабаном опираются на раму, а рама на железобетонный фундамент. Котлы имеют лёгкую обмуровку, которая служит только для теплоизоляции. Для герметичности, котёл снаружи обшивается листовой сталью.

Принцип работы

Движение дымовых газов. При сгорании газовоздушной смеси в топке котла образуются дымовые газы, которые движутся в заднюю часть топки, там попадают в конвективную часть и развернувшись на 180° полным сечением конвективной части движутся к фронту котла. На фронте котла дымовые газы по наклонному газоходу переходят в газоход, расположенный над топкой котла и по нему движутся в заднюю часть котла к экономайзеру, дымососу, в боров, дымовую трубу и атмосферу. Тяга принудительная!

Циркуляция воды естественная, идет отдельно в чистом и солёном отсеках. Питательная вода на водораспределительное устройство в чистый отсек, а затем по менее обогреваемым передним конвективным трубам опускается в чистый отсек нижнего барабана. Там вода попадает в остальные трубы чистого отсека – все они будут подъёмными. В подъёмных трубах происходит обычное парообразование. Пароводяная смесь собирается в верхнем барабане в чистом отсеке, где происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду. Основное разделение происходит на зеркале испарения, вторичное на паросепаратирующем устройстве. Затем пар идёт к потребителю, а вода на следующий круг циркуляции. В солёный отсек вода попадает из чистого по перепускной трубе в перегородке в верхнем барабане. Там она смешивается с котловой водой солёного отсека, после чего по специальным необогреваемым опускным трубам опускается в нижний барабан. Попав в нижний барабан вода попадает во все остальные трубы солёного отсека, которые все будут подъёмными. В этих трубах происходит обычное парообразование. Пароводяная смесь поднимается в солёный отсек верхнего барабана, где на зеркале испарения делится на пар и воду. Пар через окно в перегородке переходит в чистый отсек и пройдя через паросепарирующее устройство идёт к потребителю. Вода идёт на следующий круг циркуляции.

1. Высокоэкономичный – КПД при работе на газе до 94 %.

2. Просты по конструкции.

3. Меньше потери воды и тепла при непрерывной продувке.

4. Лучшее качество пара.

Основными элементами котлов являются:

1.Верхний и нижний барабаны;

3.Левый топочный экран - газоплотный;

5.Правый топочный экран, трубы которого выполнены в виде и перекрывают потолок и нижнюю часть топки (под);

5.Фронтовой экран;

6.Задний экран;

7.Два коллектора заднего топочного экрана, выполнены 0 159*6 мм;

8.Конвективный пучок труб;

9.Обмуровка;

10.Металлический каркас;

11.Металлическая обшивка;

12.Гарнитура;

13.Арматура;

14.Контрольно-измерительные приборы;

15.Три опускные трубы, 0 159*6 мм у котлов паропроизводительностью до 16 т/ч и 0 219*6 мм у котлов ДЕ-25-14;

16.Рециркуляционная труба заднего экрана;

17.Обдувочное устройство расположено с левой стороны конвективного пучка;

18.Трубопроводы котла.

Барабаны котлов выполнены, из качественной стали марки 16 ГС, внутренний диаметр 1000 мм. Толщина стенок барабанов 13 мм. Конвективный пучок выполнен по всей длине барабанов из труб диаметром 51ˣ2,5 мм. Левый топочный экран выполнен из труб 0 51*4 мм. Правый топочный экран, фронтовой и задний экраны выполнены из труб d = 51˟2,5 мм. Два коллектора заднего экрана выполнены из труб d = 159ˣ6 мм. Рециркуляционная труба выполнена трубой диаметром 76ˣ3,5 мм. Три опускные трубы - диаметром 259ˣ6 мм (котлы ДЕ-25-14).

Длина цилиндрической части барабанов увеличивается от 2250 мм для котлов ДЕ-4-14 до 7500 мм для котлов ДЕ-25-14. Межцентровое расстояние барабанов - 2750 мм. Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах барабанов имеются лазы.

Ширина конвективного пучка составляет 890 мм для котлов 4; 6.5 и 16 т. пара и 1000 мм для котлов паропроизводительностью 10 и 25 т. пара в час.

Шаг труб конвективного пучка вдоль барабанов 90 мм, поперечный -110 мм. Средний ряд труб конвективного пучка по оси барабанов имеет шаг -120 мм. Трубы наружного ряда конвективного пучка имеют продольный шаг -55 мм. На вводе в барабаны трубы разведены в два ряда.

В конвективных пучках котлов паропроизводительностью 4; 6,5 и 10 т. пара в час для обеспечения необходимых скоростей дымовых газов устанавливаются продольные, стальные перегородки

Котлы паропроизводительностью 16 и 25 тонн пара в час перегородок в конвективном пучке не имеют, а скорость движения дымовых газов поддерживается изменением ширины конвективного пучка (1000 мм).

Конвективный пучок от топочной камеры отделен газоплотным левым топочным экраном. Газоплотность обеспечивается приводкой металлических пластин между труб по всей их высоте от нижнего барабана до верхнего барабана.

В задней части левого топочного экрана металлические пластины (проставки) не устанавливают трубы задней части конвективного пучка выполнены коридорно и образуют «окна» для поступления дымовых газов из топки в конвективный пучок.

Участки разводки экранных труб на вводе в барабаны уплотняются шамотобетоном.

Трубы правого топочного экрана образуют под и потолок топки.

Трубы фронтового экрана в количестве 4-х или 2-х (различные модификации котлов) окаймляют горелочную амбразуру справа и слева и вводятся в верхний и нижний барабаны (см. на рисунке).

Котел ДЕ-25-14 ГМ (Вид сзади)

Поперечное сечение топочной камеры для всех котлов одинаково. Средняя высота топочной камеры составляет 2400 мм, ширина 1790 мм. Глубина топочной камеры увеличивается с повышением паропроизводительности котлов от 1930 мм для котлов ДЕ-4-14 до 6960 мм для котлов 25 тонн пара в час.

Основная часть труб конвективного пучка, правого топочного экрана, а также трубы фронтового экрана присоединяются к барабанам развальцовкой.

Трубы газоплотной перегородки, а также часть труб правого топочного экрана и наружного ряда конвективного пучка привариваются к барабанам электросваркой.

Трубы заднего экрана топки привариваются к нижнему и верхнему коллекторам 0 159*6 мм. Коллекторы в свою очередь привариваются к верхнему и нижнему барабанам.

Концы коллекторов со стороны противоположной барабанов соединяются необогреваемой рециркуляционной трубой 0 76*3,5 мм.

На всех котлах для защиты от перегрева со стороны топки рециркуляционной трубы и коллекторов и труб заднего экрана, в топочной камере устанавливаются две тубы 0 51 *2,5 мм, присоединяемые к барабанам развальцовкой (см. рис. № 2 стр. 6).

В котлах ДЕ паропроизводительностью до 10 т/ч выделяют четыре циркуляционных контура:

Контур циркуляции воды конвективного пучка и левого топочного экрана;

Контур циркуляционной воды правого топочного экрана;

Контур циркуляции воды фронтового экрана;

Контур циркуляции воды заднего топочного экрана.

В котлах ДЕ-16-14 и ДЕ-25-14 имеющих внутри барабанов перегородки и 2-х ступенчатое испарение, циркуляция воды значительно сложнее.

Котлы паропроизводительностью 4; 6,5 и 10т пара в час работают с одноступенчатым испарением. В котлах паропроизводительностью 16 и 25 т пара в час применено 2-х ступенчатое испарение. В этих целях в барабанах выполнены металлические перегородки делящие барабаны на два отсека: большой отсек - чистовой и малый отсек- солевой. В верхнем барабане перегородка выполнена не сплошная, то есть не на весь диаметр барабана.

В нижнем барабане перегородка установлена сплошная.

Во вторую ступень испарения при помощи поперечных перегородок в барабанах вынесены:

Задняя часть левого и правого экранов топки;

Задний экран;

Часть конвективного пучка труб, расположенных в зоне с более высокими температурами дымовых газов.

Питание водой второй ступени верхнего барабана осуществляется по переливной трубе 0133 мм длиной не менее 2-х метров, проходящей через разделительную перегородку верхнего барабана.

Контур второй ступени испарения имеет три опускные необогреваемые трубы 0159*6 мм, у котлов ДЕ паропроизводительностью до 16 т пара в час и 0 219*6 мм у котлов ДЕ-25-14.

Опускная система контура солевого отсека состоит из необогреваемых труб. Опускная система первой ступени испарения состоит из последних по ходу газов рядов труб конвективного пучка.

В паровом объеме верхнего барабана размещены сепарационные устройства: дырчатый металлический лист и пластинчатые сепараторы.

В водяном объеме верхнего барабана находится питательная труба, труба для ввода химреагентов. Направляющие щиты и козырьки для очистки пара от солей жесткости.

В верхнем барабане котла также расположены успокоительные колонки и импульсные трубки из чистового и солевого отсеков к указателям уровня воды.

Указатели уровня воды присоединяются к трубам (импульсные трубы) идущим из парового и водяного объемов из чистового и солевого отсеков верхнего барабана.