Контрольная работа: Использование утилизационных котлов

Использование утилизационных котлов

Содержание

1. Судовые потребители пара. Оценка фактического паропотребления

2. Расчет паропроизводительности УК.

3. Анализ и выбор тепловой схемы ВКУ

3.1 Выбор вспомогательного котла

3.2 Технические характеристики котла КВА-0,63/5М.

3.3 Выбор утилизационного котла

.4 Анализ и выбор тепловой схемы ВКУ.

Литература

Введение

Конструкции современных утилизационных котлов весьма разнообразны. Наибольшее распространение в отечественном морском флоте получили; водотрубные утилизационные котлы с естественной циркуляцией, водотрубные утилизационные котлы с многократной принудительной циркуляцией и автономным сепаратором пара, и прямоточные утилизационные паровые котлы.

Иногда в судовых установках в качестве вспомогательных используют комбинированные утилизационные котлы, в которых в одном котлоагрегате скомпонованы топливная и утилизационная части (рис. 17). Такие котлы могут вырабатывать пар в следующих режимах работы;

на ходу судна работает только утилизационная часть котла, в которой парообразование происходит за счет теплоты отработавших газов главного двигателя (ГТУ или ДЭУ). На стоянке работает только автономная часть котла от собственной топливной и воздушной систем;

на ходу судна работает утилизационная часть котла. В случае необходимости увеличения паропроизводительности котла автоматически в работу включаются форсунки топливной части. На стоянке, для обеспечения паром потребителей при неработающей ГЭУ, работает только автономная часть котла.

В некоторых типах комбинированных утилизационных котлов используется общая испарительная поверхность нагрева, омываемая (в зависимости от режима работы котла) как выхлопными газами главного двигателя, так и продуктами сгорания топлива собственной автономной топливной части. Перенаправление потоков продуктов сгорания в таких котлах осуществляется с помощью специальных поворотных заслонок - газовых шиберов.

В утилизационных котлах в качестве источника теплоты используются уходящие газы главных двигателей - ДВС или ГТД. Применение утилизационных котлов в составе энергетической установки приводит к экономии 8 ^ 12 % топлива и повышению общего КПД установки. Помимо утилизации теплоты УК обеспечивают глушение шума отработавших газов и искрогашеиие. Пар от утилизационных котлов используется главным образом на судовые нужды, хотя возможно его применение в утилизационных турбогенераторах для выработки электроэнергии или механической энергии для привода главного движител

1. Судовые потребители пара. Оценка фактического паропотребления

К потребителям пара на судне относятся:

-         подогреватель масла;

-         подогреватель цистерн мазута (цистерна основного запаса и расходная);

          подогреватель мазута перед форсункой котла КВВА-1/5;

          система паротушения;

          система парового отопления;

          система обогрева забортных отверстий;

          система хозяйственного пароснабжения ( подогрев бытовой горячей воды, подогрев бака для кипячения воды и т.д. );

          система подогрева в системе вентиляции машинного отделения (МО);

          паромеханическая форсунка котла КВВА-1/5;

          паровой питательный насос ВК ПНМ-12М;

          питательный паровой инжектор МНК-5;

Подогреватель масла ПМ-0,7В обеспечивает подогрев масла перед сепаратором масла НСМ-2.

Подогреватели цистерн мазута М20 змеевикового типа предназначены для подогрева и поддержания заданного температурного режима в цистерне основного запаса (ЦОЗ) мазута объёмом V=10 м и расходной цистерны (РЦ) объёмом V=1,5 м. В ЦОЗ мазута - подогрев до 50°С при температуре забортной воды 0°С. В расходной цистерне - подогрев до 70°С, при подержании заданных параметров.

Подогреватель мазута 20, перед форсункой КВВА-1/5, обеспечивает подогрев топлива до 80°С.

Система паротушения предназначена для тушения пожаров в МО при использовании пара.

Система парового отопления предназначена для поддержания температуры воздуха, не ниже:

-         в жилых помещениях 19¼ 21°С;

-         в медицинских 20¼22°С;

          в общественных помещениях 19¼ 21°С;

          душевых 24¼ 26°С.

Система обогрева забортных отверстий предназначена для подогрева бортовых отверстий, в следствии их обледенения, кингстонных ящиков, трубопроводов выдачи нефте-содержащих вод (НСВ) и сточно-фановых вод (СФВ).

Система подогрева воздуха в системе вентиляции МО предназначена для подогрева воздуха в зимнее время года до:

-         - центральный пост управления(ЦПУ) 19¼ 21°С,

-         машинное отделение, не ниже 12°С.

Оценка фактического паропотребления

Таблица 1Потребление пара судовыми устройствами

* - в расчет суммарного паропотребления не включается, так как система паротушения задействована только при пожарах, когда другие потребители пара отключены.

С учетом 20% запаса производительность котлоагрегата (ВК или УК) должна быть не ниже:

Дп>470+0,2×470=564 [кг/ч].

Число потребителей, работающих на ходовом и стояночном режимах практически не меняется ( на ходовом режиме поддерживается температура в цистернах мазута, а при стоянке в порту подается пар на подогреватель масла, поддерживая температурный режим масла ).

утилизационный котел пар обогрев

2/ Расчет паропроизводительности УК

Паропроизводительность утилизационного котла оценивается по выражению:

Дп=j ·ge·(aS·L0 + 1)·Cpг·Ne· кг/ч

где j=0,95¼0,97 - коэффициент потерь в окружающую среду;

ge =0.238 кг/кВт*ч - удельный эффективный расход топлива;

aS=2,65 - коэффициент избытка воздуха, с учетом продувки;

L0=14.3 кг/кг - теоретически количество воздуха, необходимое для сгорания 1кг топлива.

Cpг - средняя массовая теплоемкость выпускных газов при средней температуре газов Тср;

Тср= (Тг1 - Тг2)/2, °С

Тг1,Тг2 - температура газа до и после утилизационного котла,°С

iп - энтальпия пара на выходе из УК, кДж/кг

iп,в, - энтальпия питательной воды на входе в УК, кДж/кг

Ne - эффективная мощность двигателя, кВт

При сохранении параметров пара Тп=152°С, и Рп=0,5 МПа энтальпия пара на выходе из УК составит:

п = tп.в.·4,19=167,6 кДж/кг.

Для оценки средней массовой теплоемкости выпускных газов Cpг необходимо определить температуру газов на выходе из УК.

Температуру уходящих газов за утилизационным котлом Тг2 можно задать по следующим условиям:

.Температура пара на выходе из УК должна быть ниже температуры уходящих газов, из этого следует:

Тг2= Тп + (60¼80°С)=152+(60¼80) =212¼232°С

.Температура уходящих газов Тг2 должна быть выше температуры стенки поверхностей нагрева утилизационного котла которая в свою очередь должна, как минимум на 20°С, быть больше температуры точки росы уходящих газов.

Температура точки росы дымовых газов - температура, при которой в уходящих газах начинает конденсироваться вода.

Для утилизационных котлов, использующих в качестве горячего теплоносителя отработавшие газы дизеля, температура точки росы оценивается по формуле:

tp> =130·(Sp), 20°С

где Sp=0,2% - содержание серы в дизельном топливе.

Получим:

tp> =130·(0,2)= 95°С

Следовательно, минимальная температура стенок поверхностей нагрева утилизационного котла составит:

ст= tp + 20=105°С

Температура уходящих газов (минимальное значение) составит:

Тг2>105°С

Принимаем для расчетов Тг2=290°С (по первому условию)

При средней температуре уходящих газов

Тср===350°С

Средняя массовая теплоемкость уходящих газов составит:

Cpг =1,125кДж/кг·град

С учетом всех значений, рассчитанная паропроизводительность утилизационного котла составит:

Дп=0,95·0,238·(2,65·14,3+1)·1,125·660=372,35 кг/ч

Суммарная производительность двух утилизационных котлов составит:

Д=744,7кг/ч

3. Анализ и выбор тепловой схемы ВКУ

3.1 Выбор вспомогательного котла

При анализе типов котлоагрегатов, исходя из фактического паропотребления на судне аналитически выбираем объём реконструирования вспомогательной котельной установки.

Выбор котла обосновывается следующим: из таблицы 4.1 видно, что при паропотредлении судном пара 546 кг/ч котел КВА-0,63/5М оптимально подходит по своей паропроизводительности и по потреблению топлива.

Таблица 3.1 Котлоагрегаты, паропроизводительностью аналогичные базовому варианту

Из представленных котлоагрегатов выбираем вспомогательный котел КВА-0,63/5М.

3.2 Технические характеристики котла КВА-0,63/5М

Котлоагрегаты хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации на судах Тип котла - огнетрубный, вспомогательный, автоматизированный.

Паропроизводительность - Дп=630 кг/ч,

Давление вырабатываемого пара - Рп=0,5 МПА,

Температура пара - tп=152°С,

Температура питательной воды - tп.в=40 °С,

Тепловая мощность - Qк=322 кВт,

КПД котлоагрегата - hк=0,78,

Расход топлива - Вт=38 кг/ч,

Коэффициент избытка воздуха в топке - a=1,25,

Теплонапреженность топочного объема - gv=5110 кВт/м,

Объем топки - Vт=0,082 м,

Радиационная поверхность нагрева - Нл=1,181 м,

Теплонапреженность радиационной поверхности нагрева - gп=272,6 кВт/м,

Конвективная испарительная поверхность нагрева - Нисп=6,1 м,

Общая поверхность нагрева - Нå=7,281 м.

Эффективность испарительной поверхности нагрева - gисп=44,22 кВт/м,

Рабочее топливо:

- дизельное, марки «Л» ГОСТ505-85;

-         мазут 20,мазут 40 ГОСТ10585-85;

Достоинства и недостатки выбранного котла.

огнетрубные котлы имеют большой объем водяного пространства, что обеспечивает аккумулирование значительного количества теплоты;

в огнетрубных котлах легко поддерживается необходимое давление пара при резких изменениях в его потреблении;

огнетрубные котлы работают в умеренных тепловых нагрузках и поэтому мало чувствительны к качеству питательной воды;

комплексная автоматизация огнетрубных котлов обеспечивает их высокую надежность и безотказность в эксплуатации.

Волго-Каспийского региона (КВА-1,0/5М - суда проекта N12911 «Моряна», проект N12913 «Волга», проект N1577 «Волгонефть»; КВА-0,63/5М - суда проекта N1570 «Нефтерудовоз»).

Следует отметить, что при замене котла КВВА-1/5 на котел КВА-0,63/5М экономия в топливе составит:

DВ=В1 - В2=90 - 50=40 кг/ч

В комплект поставки котлоагрегата КВА-0,63/5М входят:

огнетрубный котел;

топливный насос с электроприводом, соединенный через ременную передачу с воздушным вентилятором, что позволяет согласовать соотношение между воздухом и топливом, подаваемыми в топку котла;

подогреватель топлива перед форсункой;

контрольно - измерительные приборы;

система комплексного автоматизированного управления горением, поддержания и контроля давления пара в котле.

3.3 Выбор утилизационного котла

Необходимость выбора утилизационных паровых котлов объясняется тем, что в данный момент на судне на ходовых режимах пар вырабатывается вспомогательным котлом.