Изменение СЭУ С. Есенин

| | | |кДж/кг | |

|100 |1671.95 |1477.08 |5.436 |1972.802 |

|200 |3377.81 |2976.54 |10.944 |3984.062 |

|300 |5133.85 |4509.57 |16.668 |6052.432 |

|400 |6940.76 |6064.98 |22.536 |8176.292 |

|500 |8791.36 |7653.96 |28.584 |10350.736 |

|600 |10680 |9287.7 |34.812 |12572.35 |

|700 |12618.87 |10955.01 |41.292 |14851.16 |

|800 |14621.66 |12644.7 |48.06 |17198.66 |

|900 |16659.07 |14334.39 |54.864 |19580.81 |

|1000 |18731.68 |16068.84 |62.1 |22007.55 |

|1100 |20810.73 |17848.05 |69.336 |24449.68 |

|1200 |22904.47 |19627.26 |76.716 |26906.64 |

|1300 |25036.4 |21406.47 |84.384 |29402.08 |

|1400 |27222.24 |23320.44 |92.088 |31960.42 |

|1500 |29384.34 |25054.41 |100.044 |34495.27 |

|1600 |31581.85 |26889.57 |108.036 |37067.8 |

|1700 |33794.05 |28713.54 |116.172 |39652.93 |

|1800 |36023.39 |30537.51 |124.488 |42255.38 |

|1900 |38277.59 |32417.43 |132.768 |44893.84 |

|2000 |40516.15 |34286.16 |141.336 |47514.72 |

|2100 |42785.09 |36166.08 |149.796 |50168.1 |

|2200 |45059.01 |38034.81 |158.364 |52824.34 |

Строим диаграмму I – t : ( на миллиметровой бумаге прилагается к данному

дипломному проекту )

Расчеты велись по формулам :

Теоретические энтальпии дымовых газов Iг 0 , кДж/кг :

Iг 0 = VRO2 ? (ct)RO2 + VN2 0 ? (ct)N2 + VH2O 0 ? (ct)H2O ;

Теоретические энтальпии избыточного воздуха Iв 0 , кДж/кг :

Iв 0 = V0 ? (ct)в ;

Энтальпии водяных паров содержащихся в избыточном воздухе IH2O ? , кДж/кг :

IH2O ? = VH2O ? (ct)в ;

Энтальпии дымовых газов в зависимости от температуры Iг , кДж/кг :

Iг = Iг 0 + (? - 1 ) ? Iв 0 + VH2O ? ;

2.4. Предварительный тепловой баланс и определение расхода топлива.

к.п.д. котла : ?к = 81%

Тепловые потери :

от химической неполноты сгорания : q3 = 0,7 % ;

в окружающую среду : q5 = 2,5 % ;

с уходящими газами : q2 = 100 - (?к + q3 + q5 ) = 12 % ;

Температура воздуха : tх.в. = 40 0С ;

Количество теплоты вносимое воздухом в топку : Qх.в. = ? ? V0 ? cх.в. ?

tх.в. = 708,35 кДж/ч ;

Температуры топлива : tт = 40 0С ;

Теплоемкость топлива : ст = 2,742 кДж/кг ? К ;

Коэффициент сохранения : ? = ( 100 - q5 ) / 100 = 0,975

Количество теплоты, вносимое в топку топливом : Qт = ст ? tт = 858,34

кДж/кг ;

Энтальпия уходящих газов : Iух = q2 ? Qн Р + Qх.в. + Qт = 6.690,69 кДж/кг ;

Температура уходящих газов : tух = 300 ОС ( из диаграммы I-t ) ;

Полезное тепловыделение в топке : Qв.т. = Qн Р ? ( 100 - q2 ) / 100 + Qх.в.

+ Qт = 43.967,79 кДж/кг ;

Полная паропроизводительность : Dк = 0,44 кг/с ;

Энтальпия влажного насыщенного пара : iп = 2749 кДж/кг ;

Энтальпия питательной воды : iпв = 640 кДж/кг ;

Расчетный расход топлива : В = Dк ? (iп - iп.в. ) / Qн Р ? ?к = 0,025 кг/с

;

Испарительность топлива : u = Dк / В = 0,005 кг/с ;

2.5. Определение основных элементов топки, характеризующих общую компоновку

котла.

Тепловое напряжение топочного объема : qv = 1150 кВт / м2 ;

Объем топки : Vт = В ? Qн Р / qv = 0,93 м2 ;

Расчетная длина топки : Lт = 0,91 м ;

Площадь стенки топочного фронта : Fт.ф. = Vт / Lт = 1,02 м2 ;

Средняя длина парообразующих труб, освещенных излучением из топки :

пучка : lп = 1,61 м ;

бокового экрана : lб.э. = 1,96 м ;

Угловой коэффициент лучевоспринимающих труб : х = хп = хб.э. = 1 ;

Лучевоспринимающая поверхность нагрева : Нл = Lт ? ( lп + lб.э. ) = 3,25

м2 ;

Полная площадь стен, ограничивающих топочный объем : Fст = Нл + 2 ? Fт.ф.

= 5,29 м2 ;

Степень экранирования топки : ? = Нл / Fст = 0,614 ;

Эффективная толщина излучающего слоя : s = 3,6 ? Vт / Fст = 0,632 м ;

2.6. Расчет теплообмена в топке.

Условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающей поверхности

нагрева:?=0,9;

Произведение : ? ? ? = 0,553 ;

Тепловое напряжение лучевоспринимающей поверхности нагрева :

qл = В ? Qв.т. / ? ? Нл = 369,74 кВТ / м2 ;

Теоретическая температура сгорания : tа = 1850 ОС или Та = 2123 К ; ( из

диагр. I-t, т.к. Iа = Qв.т. )

Температура газов на выходе из топки : t’ з.т. = 950 ОС или Т’з.т. = 1223 К

;

Энтальпия газов на выходе из топки : I’з.т. = 22.134 кДж/кг ;

Коэффициент ослабления лучей топочной средой : k = 4,14 ( Мпа ? м ) –1 (

из номограммы ) ;

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания : kPs = 0,26 при ( P =

0,1 Мпа ) ;

Степень черноты факела : аф = 1 – е –kPs = 0,22 ;

Степень черноты топки : ат = 0,36 ( из номограммы по аф ? ? ) ;

Расчетная температура газов на выходе из топки : tз.т. = 1030 ОС ;

Энтальпия газов на выходе из топки : Iз.т. = 23.986 кДж/кг ;

Количество теплоты, переданной в топке : Qл = (Iа - Iз.т. ) ? ? =

20.494,143 кДж/кг ;

2.7. Расчет теплообмена в пучке парообразующих труб

Строение трубного пучка – шахматный

Наружный диаметр труб : d = 0,029 х 0, 0025 м ;

Число рядов труб : Z2 = 8 ;

Поперечный шаг труб : S1 = 0,04 м ;

Продольный шаг труб : S2 = 0,04 м ;

Число труб в одном ряду : Z1 = LT / S1 = 0,91 / 0, 04 = 23 ( округлено до

целого ) ;

Средняя расчетная длина труб : lп = 1,61 м ( из эскиза ) ;

Коэффициент учитывающий неравномерность омывания : ? = 0,85 ;

Расчетная поверхность нагрева труб : Hп = П ? d ? lп ? Z1 ? Z2 - lп ? LT =

25,5 м2 ;

Полная поверхность нагрева пучка : H = П ? d ? lп ? Z1 ? Z2 = 26,975 м2 ;

Площадь сечения для прохода газов : F = ( LT - Z1 ? d ) ? lп = 0,39 м2 ;

Эффективная толщина излучающего слоя : s = 0,9 ? d ? ( 4 / П ? S1 / d ? S2

/ d –1)=0.065м ;

Температура газов на выходе из топки : tз.т. = 950 0С ;

Энтальпия газов на выходе из топки : Iз.т. = 23.986 кДж/кг ;

Температура кипения воды при рабочем давлении : ts = 151,84 0С ;

Температура газов на выходе из первого пучка : t’ п = 1330 ОС ;

Энтальпия на выходе из первого пучка : I’п = 30.500 кДж/кг ;

Средняя температура газового потока : t’ г = 0,5 ? ( tз.т. + t’ п ) = 1140

ОС или Т г=1413 К ;

Расчетная средняя скорость газов : ? = В ? Vг / F ? Тг / 273 = 4,76 м/сек ;

Количество теплоты, отданное газами : Q’п = (Iз.т. - I’п ) ? ? = 8.156

кДж/кг ;

Коэффициент загрязнения : ? = 0,039 ( м2 ? К ) / Вт ;

Температура наружного загрязнения стенки труб : tс.з. = ts + ? ? Q’п / Нп =

164,3 ОС ;

Поправочные коэффициенты для определения ?к : Сz = 0,96 ; Cs = 1,05 ; Cф =

0,98 ;

Коэффициент теплоотдачи конвекцией : ?н = 42,5 Вт / ( м2 ? К ) ( из

номограммы ) ;

Коэффициент теплоотдачи конвекцией : ?к = ?н ? Сz ? Cs ? Cф = 41,98 Вт / (

м2 ? К ) ( расчетный ) ;

Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами : к = 4,14 1/( МПа ? м )

( из номограммы ) ;

Суммарная оптическая толщина продуктов сгорания : кPs = 0.0069 ( при P =

0,1 МПа ) ;

Степень черноты газового потока : ? = 0,96 ( из номограммы ) ;

Коэффициент, определяющий температурный режим : Cг = 0,98 ( из графика ) ;

Коэффициент теплоотдачи излучением : ?н = 25,1 Вт / ( м2 ? К ) ( из

номограммы ) ;

Коэффициент теплоотдачи излучением : ?л = ?н ? ? ? Cг = 23,5 Вт / ( м2 ? К

) ( расчетный ) ;

Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке : ?1 = ? ? ?к + ?л = 59,183 Вт

/ ( м2 ? К ) ;

Коэффициент теплопередачи : кп = ?1 / ( 1+ ? ? ?1 ) = 15,7 Вт / ( м2 ? К

) ;

Разность температур теплообменивающихся сред : ?tб = tз.т. - ts = 798,16 ОС

( бо’льшая );

Разность температур теплообменивающихся сред : ?tм = tп - ts = 1178,16 ОС

(ме’ньшая) ;

Температурный напор : ?tп = ( ?tб - ?tм ) / ( 2,3 ? lg ? ?tб / ?tм ) =

976,95 ОС ;

Количество теплоты воспринимаемое поверхностью нагрева :

Q”п = кп ? Hп ? ?tп ? (10-3 / В ) = 6.445,87 кДж / кг ;

Расчетное количество теплоты переданное в пучке : Qп = 7.300,935 кДж / кг ;

Расчетная температура газов за пучком : tп = 1086 ОС ;

Энтальпия газов за пучком : Iп = 24.940 кДж / кг ( из диаграммы I – t ) ;

2.8. Балланс по паропроизводительности и к.п.д.

Расход топлива : В = 0,025 кг / сек ;

Низшая теплота сгорания топлива : QнР = 42.700 кДж / кг ;

Количество теплоты, переданной поверхности нагрева в топке : Qл =20.494,143

кДж/кг;

Количество теплоты, переданной поверхности нагрева в парообразующем пучке :

Qп = 7.300,935 кДж / кг ;

Количество теплоты, переданной поверхности нагрева в сумме :

SQк = Qл + Qп = 27.795,078 кДж / кг ;

Энтальпия влажного насыщенного пара : iп = 2749 кДж/кг ;

Энтальпия питательной воды : iпв = 640 кДж/кг ;

Испарительность топлива : u = SQк / ( iп - iп.в. ) = 16,8 кг / кг ;

Паропроизводительность : Dк = u ? В = 0,42 кг / сек ;

К.п.д. : ?к = ( SQк / QнР ) ? 100 = 85 % ;

3. Расчет питательной системы котла и выбор центробежного насоса

В состав системы входят : питательная цистерна котла, центробежный насос,

фильтр очистки от примесей, датчик температуры, трубопроводы и арматура.

Расчет питательной системы сводится к выбору центробежного насоса с

оптимальной подачей и напором. Т.к. система работает с подпором, то

устройство для вакуумного всасывания не нужно.

Производительность насоса : G = ( 2 ? Dк ) / 2268 ? ? = 28,1 м3 / час ;

где : Qобщ = 3.374.400 кДж / кг - теплота передаваемая паром ;

? =968 кг / м3 - удельный вес конденсата при температуре (

tп.в. = 40 ОС ) ;

2.268 кДж / кг – теплота испарения пара низкого давления ;

По расчитанной производительности выбираем одноступенчатый центробежный

насос 2 К-6.

где : «2» – диаметр входного патрубка, уменьшенный в 25 раз ;

«К» – консольный ;

«6» – коэффициент быстроходности, уменьщенный в 10 раз и

округленный ;

Технические характеристики :

Подача : V = 30 м3 / час ;

Напор : Н = 34,5 м ;

Скорость вращения крыльчатки : n = 2900 об/мин ;

К.п.д. : ? = 64 % ;

Диаметр рабочего колеса : d2 = 162 мм ;

Принципиальная схема питательной системы отражена на чертеже №3 системы

парового снабжения.

4. Принципиальная схема топливной системы котла

Т.к. расход топлива устанавливаемого парового котла увеличивается на 25%,

эксплуатация котла идет только во время стоянок судна ( в том числе зимней

) и во время маневров, то перерасчет автономности плавания не требуется.

Более подробно это отражено в расчете экономической эффективности, где

расписана продолжительность работы автономного котла во время летнего,

зимнего и весенне-летнего периода в году, а также величины ходового и

стояночного времени по периодам года.

Также не требуется никаких перерасчетов топливной системы начиная от

расходной топливной цистерны до насоса форсунки котла.

[pic]

5. Средства автоматики котла

Все средства автоматического контроля за работой котла идут в заводской

комплектации и включают в себя манометры, реле давления, редукционный

клапан, односторонний пропускной клапан и средства сигнализации при

повышении давления.

IV. Расчет системы «пар – вода».

Данная система служит для передачи теплоты пара, получаемого в котле, воде,

циркулирующей в контуре горячей воды, и обеспечивающей нужды всех

потребителей. Т.к. на судне производится замена водогрейного котла паровым,

то чтобы не переделывать всю систему горячей воды, необходимо установить

пароводяные теплообменные аппараты и, тем самым, осуществить передачу тепла

от пара воде. Расчет данной системы сводится к определению необходимой

поверхности нагрева и выбору соответствующего пароводоподогревателя. Для

повышения надежности, экономичности и безотказности системы нужно

установить два параллельных однотипных пароводоподогревателя с одинаковыми

техническими характеристиками.

Рассчитать два основных подогревателя воды на судне, которые должны

подогревать воду в количестве 56.000 кг / ч от t1 = 40 ОС до t2 = 90 ОС

паром с давлением Р = 0,5 МПа (?н = 151,8 оС ).

*** - Количество воды максимально расходуемой потребителями в течение часа

выбрано согласно сумме производительностей насосов горячей воды :

Насос камбузного водоподогревателя : 4,5 м3 / час ;

Насос бойлеров горячей мытьевой воды : 18 м3 / час ;

Насос горячей воды системы кондиционирования : 30 м3 / час ;

Насос радиаторного отопления МКО : 3 м3 / час ;

Итого : 55,5 м3 / час ;

Требуется выбрать типоразмер пароводяного вертикального подогревателя серии

«Промстройпроект». При расчете загрязнение поверхности нагрева учесть

понижающим коэффициентом ? = 0,8.

Решение : из теплотехнического справочника видно, что наиболее подходящим

является типоразмер № 11 со следующими данными :

Поверхность нагрева : F = 10,4 м2 ;

Число ходов : четыре ;

Количество трубок : n = 172 шт. ;

Длина трубок : l = 1,2 м ;

Полная длина подогревателя : L = 1,5 м ;

Расстояние между соседними

перегородками каракаса : Н = 0,332 м ;

Площадь проходного сечения по воде : f = 0,0874 м2 ;

1. Температурный напор : ?t = (?н - t1 ) - (?н - t2 ) / ln (?н - t1

) / (?н - t2 ) =88,5 оС;

где : ?н =151,8 оС - температура влажного насыщенного пара на входе в

пароводоподогреватель ;

t1 = 40 оС – температура воды на входе в

пароводоподогреватель ;

t2 = 90 оС – температура воды на выходе из

пароводоподогревателя ;

Расчет производится таким образом, что после отдачи паром

определенного количества теплоты, он конденсируется и поступает в

цистерну питательной воды котла.

2. Средняя температура воды : t = ?н - ?t = 63,3 оС ;

3. Средняя плотность воды ( по приложению 2 ) : ? = 983,24 кг / м2 ;

4. Средняя температура стенки : tст = 0,5 ? ( ?н + t ) = 107,55 оС ;

5. Критерий Григулля для конденсата ( по приложению 7 ) :

z = А1 ? Н ? (?н - tст ) = 1572 ;

где : А1 = 107 1/м ? оС ;

6. Коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара при z < 2300 :

? п = А1 / [ Н ? (?н - tст ) ] 0,22 = 28.875 кДж / м2 ? ч ? оС ;

где : А3 = 12375 ;

7. Скорость теплоотдачи воды : ? = G / 3600 ? f ? ? = 0,1 м /

сек ;

где : G = 28.000 кг / ч – количество воды проходящее через

пароводоподогреватель при его работе со 100% загруженностью.

8. Коэффициент теплоотдачи воды ( по приложению 7 ) :

? В = А5 ? ?0,8 / d 0,2 = 3.499,5 кДж / м2 ? ч ? оС ;

где : А5 = 2350 ;

d = 0,018 м - диаметр трубок ;

9. Расчетный коэффициент теплопередачи при ?лат = 210 кДж / м2 ?

ч ? оС :

к = ? / ( 1 / ? п + ? лат / ?лат + 1 / ? В ) = 2469,45 кДж / м2 ? ч ? оС

;

где : ? лат – толщина стенки латунной трубки ;

10. Необходимая поверхность нагрева : F = Qобщ / ( к ? ?t ) =

9,2 м2 ;

Таким образом выбранный типовой пароводоподогреватель имеет некоторый запас

поверхности нагрева, а следовательно абсолютно подходит для установки в

систему «пар-вода».

Принципиальная схема работы данных подогревателей воды отражена на чертеже

№3 системы парового снабжения.

Гидравический расчет циркуляционной системы горячей воды не производиться,

т.к. установка двух пароводоподогревателей производится вместо двух

водогрейных котлов и потери на трение в трубопроводах изменяются

незначительно.

V. Расчет и выбор котла-утилизатора на ДГ.

Необходимо произвести расчет получаемой теплоты от отработанных газов при

работе ДГ на 50% нагрузке ( согласно вахтенному журналу ) :

Q о.г. = 0,5 ? Ne ? gг ? cp ? ( t1 – t2 ) ? ?т , где

0,5 – коэффициент учитывающий 50% нагрузку ДГ ;

Ne – эффективная мощность ДГ ( кВт ) ;

gг – удельная масса газов на выходе из ДГ ( 6 – 7 кг/кВт ? ч ) ;

cp – массовая теплоемкость газов ( 1,05 – 1,13 кДж/кг ? ч ) ;

t1 – температура газов на входе в УК ( на 10оС ниже температуры газов

на выходе из ДГ ) ;

t2 – температура газов на выходе из УК ( для водогрейного 185 – 215

оС ) ;

?т – коэффициент потери теплоты в окружающую среду ( 0,95 ) ;

Q о.г. = 0,5 ? 330 ? 6 ? 1,05 ? ( 510 – 380 ) ? 0,95 = 158.195,75

кДж/ч

Исходя из полученного количества теплоты :

1. необходимо выбрать и установить котел-утилизатор на газоходы всех

трех ДГ, путем соединения их ( газоходов ) в конструкцию,

принципиальная схема которой отражена на чертеже №6 / при этом

используется регуляторная пневматическая заслонка для введения утиль-

котла в работу от какого-либо газохода / ;

2. Модернизировать систему радиаторного отопления так, чтобы ее можно

было отключить от общей тепловой централи потребителей горячей воды и

замкнуть на контур котла-утилизатора ДГ. Так как один из ДГ во время

зимней стоянки все время работает, а система радиаторного отопления

будет работь от собственного циркуляционного насоса ( расчет см. ниже

), то данный вариант может быть использован.

1. По полученному значению выбираем водогрейный утилизационный котел марки

КАУ – 4,5 со следующими техническими характеристиками :

Рабочее давление : Р = 0,2 МПа ;

Поверхность нагрева : Нк = 4,5 м2 ;

Теплопроизводительность : Qк = 170.000 кДж / ч ;

Температура воды на выходе : t = 95 оС ;

Масса котла с водой : 460 кг ;

Габариты котла : d = 0,75 м – диаметр котла ;

h = 2,4 м – высота котла ;

2. Для модернизации системы радиаторного отопления нужно произвести

гидравлический расчет трубопроводов и по полученному значению напора

выбрать насос горячей воды. Тогда при задействовании утилизационного

котла любого из дизель-генераторов снабжение горячей водой всех

потребителей на судне производится автономным котлом КВ 1,6 / 5 , а

системы радиаторного отопления ( после переключения соответствующих

вентелей ) этим утиль-котлом КАУ – 4,5 .

VI. Гидравлический расчет трубопроводов радиаторного отопления.

Принципиальная схема переключения трубопроводов отражена на чертеже №5

данного дипломного проекта.

Гидравлический расчет производится для самого дальнего секционного

радиатора, чтобы определить максимальные потери в трубопроводах и выбрать

центробежный насос с соответствующим напором. Значение подачи насоса не

меняется, т.к. не меняется диаметр трубопровода, а изменяется только его

длина ( потери на трение ) и увеличиваются местные потери.

Вывод

VII. Определение дополнительной необходимой поверхности теплосъема для

использования теплоты полученной во вновь устанавливаемом автономном

паровом котле.

Варианты :

1. Установить в климатцентры дополнительные теплообменные батареи.

2. Установить дополнительные теплообменные батареи в зональные

каналы.

3. Использовать батареи охлаждения в климатцентрах в качестве

батарей нагрева.

Из всех возможных вариантов, самым реальным и целесообразным является

вариант 3. Произведем проверочный расчет :

Теплообменники холодной и горячей воды в климацентрах имеют совершенно

одинаковые технические характеристики, т.е. :

поверхность теплосъема : F = 34, 55 м2 ;

коэффициент теплопередачи : к = 81,3 кДж / м2 ? час ? оС ;

Всего во всей системе кондиционирования установлено 7 батарей

предварительного нагрева ( БПН ) , 22 батареи дополнительного нагрева ( БДН

) и 7 батарей охлаждения ( БО ).

Расчитаем, сколько передавалось теплоты через БПН ( значения берем до

замены котла ) :

Q = к ? F ? ( t1 – t2 ) = 154.490,32 кДж / ч ;

где : t1 = 90 оС – температура на входе в теплообменник ;

t2 = 40 оС – температура на выходе из теплообменника ;

Общее количество теплоты со всех 7 теплообменников : Q7 = 1.081.432,275 кДж

/ ч ;

Т.к. общее количество теплоты для системы кондиционирования было:

1.511.622кДж/ч то через БДН передавалось 430.189,725 кДж / ч ;

Отсюда, можно сделать вывод : если при замене автономного котла количество

теплоты получаемой для системы кондиционирования увеличилось на 660.804

кДж/ч , и при задействовании БО в качестве дополнительных теплообменников (

батарей дополнительного нагрева ( БДН )), которые в свою очередь способны

передать через себя 1.081.432,275 кДж / ч , то никакого специального

расчета теплового баланса делать необязательно. Единственное, что нужно

сделать это модернизировать систему трубопроводов горячей и холодной воды в

климацентрах так, чтобы во время навигации БПН и БДН работали в системе

горячей воды и БО – в системе холодной воды, а во время зимней стоянки БПН,

БДН и БО работали в системе горячей воды. Принципиальная схема соединения

трубопроводов и установки арматуры отражена в чертеже № 1 данного

Страницы: 1, 2, 3