Судовые котельные и паропроизводящие установки

Введение
Практически любое производство, в том числе и современные суда, насыщены разнообразным пароэнергетическим оборудованием, в основе работы которого, как правило, является генератор пара – котел. Курсовое проектирование по дисциплинам «Судовые парогенераторы» занимает важное место в подготовке инженера-механика по специальностям «Судовые котельные и паропроизводящие установки».
Курсовой проект включается в себя описание, определение объема и энтальпия дымовых газов, расчет теплового баланса, расчет топки, расчет конвективной поверхности нагрева, расчет теплообмена в экономайзере и эксплуатация судового вспомогательного парового котла.













 
1. Краткое описание и характеристики котла

Основы котла составляют трубы конвективного парообразующего пучка и экрана, три ряда опускных труб, пароводяной и водяной барабаны. Трубы в котельном пучке и опускные трубы расположены в шахматном порядке.
Барабаны сварные и состоят из обечаек и двух приварных штампованных днищ. На заднем днище пароводяного барабана и на обоих концах водяного барабана сделаны овальные лазовые отверстия, закрываемые изнутри крышками с помощью двух наружных скоб, шпилек и гаек. К стенкам барабанов приварены штуцера, патрубки и другие элементы для присоединения труб, арматуры и стенок кожуха.
Кожух котла сварной, газо-плотный, образован двойными фронтовыми (передней, задней), боковыми и потолочной стенками, выполненными из листового и профильного проката. Наружные и внутренние стенки кожуха образуют межкожуховое пространство, через которое проходит воздух перед поступлением в топку. Такое устройство стен защищает котельное отделение от проникновения в него продуктов сгорания и уменьшает потери от наружного охлаждения. Жесткость конструкции кожуха обеспечивается установкой распорных скоб, трубных связей и перегородок. На внутренних и наружных стенках кожуха имеются окна, плотно закрываемые крышками с помощью задраек. Окна служат для доступа к трубным поверхностям нагрева и в межкожуховое пространство. На задних стенках кожуха расположено лазовое отверстие для проникновения внутрь топки котла.
С целью наблюдения за горением и состоянием кладки в передней и задней стенках кожуха сделаны отверстия, соединенные патрубком с головкой специального смотрового устройства. Корпус головки, где находится обойма с двумя синими жаростойкими стеклами, имеет внутреннюю и наружные крышки, защищающие стекла от перегрева из топки и от механических повреждений снаружи. Кирпичная клада передней и задней стенок в районе топки частично в районе трубного пуска выполнена из огнеупорных шамотных кирпичей, установленных на слой асбестового картона. Для кладки использую кирпичи: квадратные с центральными и смещенными отверстиями для болтов, фасонные для фурмы и для смотровых устройств – трехгранные. В районе топки кирпичи крепят к внутренним стенкам болтами, головки которых утапливают в отверстие кирпича, а затем замазывают раствором мертеля.
В районе пусков труб кирпичи крепят на таврах или угольниках. Все кирпичи скрепляют между собой раствором шамотного мертеля. Боковые и потолочные стенки, а также передние и задние стенки кожуха, свободные от кирпичной кладки, изолируют слоем асбестового картона, который со стороны газов покрыт листами из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Открытые наружные поверхности коллекторов изолируют совелитовыми плитами, укладываемыми на слой совелитовой подмазки. Плиты обтягивают металлической сеткой и покрывают слоем совелитовой штукатурки.
Изоляцию обечаек коллекторов закрывают оцинкованными стальными листами, на днищах пароводяного барабана ее оклеивают тканью и окрашивают. Торцы водяного барабана имеют патрубки, на которые устанавливают наружные крышки.
Опоры крепят к переходным стульям болтами и гайками. Одну из опор закрепляют неподвижно, остальные для обеспечения температурных деформаций делают подвижными. За неподвижную обычно выбирают опору, которая в плане располагается ближе к стопорному клапану с целью уменьшения влияния теплового расширения конструкции котла на деформацию главного паропровода. Следующая опора, установлена на одной с ней линии, параллельной оси барабана, подвижна только в направлении этой линии. Третья опора подвижна в поперечном, а четвертая – в продольном и поперечном направлениях. Подвижность опоры обеспечивается тем, что отверстия под болты делают овальными. На болты всех опор надеты дистанционные втулки, высота которых на 1 мм больше толщины плиты опоры. Переходные стулья приваривают к судовому фундаменту.
 
2. Определение количества продуктов сгорания
Таблица 1. Количество продуктов сгорания


3. Определение энтальпии продуктов сгорания и воздуха. Построение Iг – t диаграммы
Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим при действительных коэффициентах избытка воздуха после каждой поверхности нагрева. Расчёт производим для всего возможного диапазона температур от 100 до 22000C.
Определение энтальпий воздуха и продуктов сгорания производим в последовательности, изложенной в источнике [2].
Определяем энтальпию теоретического объёма воздуха H0в, кДж/м3, для всего выбранного диапазона температур:
H0в= V0 *(сJ)в,
где (сJ)в – энтальпия 1м3 воздуха, кДж/м3.
V0 – теоретический объём воздуха, необходимого для горения, м3/м3.
Значение теоретического объема воздуха для всего диапазона температур сводим в таблицу.
Определяем энтальпию теоретического объёма продуктов сгорания H0г, кДж/м3, для всего выбранного диапазона температур:
H0г = VRO2 (сJ)RO2 + V0N2 (сJ)N2+ V0H2O(сJ)H2O,
где (сJ)RO2, (сJ)N2, (сJ)H2O – энтальпии 1м3 трёхатомных газов, теоретического объёма азота, теоретического объёма водяных паров, кДж/ м3;
VRO2, V0N2, V0H2O – объёмы трёхатомных газов, теоретические объёмы азота и водяного пара, м3/м3.
Значение и определение энтальпии теоретического объема продуктов сгорания для всего диапазона температур сведены в таблицу.
Определяем энтальпию избыточного количества воздуха Hвизб, кДж/м3, для всего выбранного диапазона температур