Проект перевода котла-утилизатора КУ-150 с парового на водогрейный режим с естественной тягой - Дипломная работа

На Череповецком металлургическом комбинате ОАО "Северсталь" в листопрокатном цехе №2 за нагревательными печами расположены котлы-утилизаторы, работающие на дымовых газах, отходящих от печей, и предназначенные для выработки перегретого пара. В связи с тем, что температура уходящих дымовых газов от печей не является достаточной для выработки котлами пара, котлы-утилизаторы оказались неспособны вырабатывать пар нужных параметров и были выведены из работы, вследствие чего, теплота газов, отходящих от печей, не использовалась. Проект содержит теоретические сведения о котле-утилизаторе КУ-150 и его характеристики при работе на паровом и водогрейном режиме; тепловой расчет КУ-150 на водогрейном режиме при трех различных температурах дымовых газов перед котлом; аэродинамический расчет дымового тракта, подтверждающий возможность перевода котла на естественную тягу. Также в проекте рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности: представлен анализ вредных и опасных производственных факторов, меры по обеспечению безопасных условий труда, проведен расчет средств пожаротушения в соответствии с требованиями норм правил пожарной безопасности, рассмотрен вопрос об обеспечении работы котельной в условиях ЧС и об охране окружающей среды.

В настоящее время в России существенное значение имеет проблема экономии топливно-энергетических ресурсов. Ввиду ограниченного финансирования строительство новых энергетических объектов представляется проблематичным. Поэтому, на каждом предприятии изыскиваются внутренние резервы для экономии тепловой энергии.

На Череповецком металлургическом комбинате ОАО "Северсталь" в листопрокатном цехе №2 за нагревательными печами расположены котлы-утилизаторы, работающие на дымовых газах, отходящих от печей, и предназначенные для выработки перегретого пара. Но температура уходящих дымовых газов от печей не является достаточной для выработки котлами пара (порядка 250-350?С).

Основными причинами низкой температуры уходящих газов после печей являются: - низкие температура и количество уходящих газов после печей, вследствие не полной их загруженности;

- присосы воздуха от хвоста печи до общего борова котла превышают нормативные.

Поэтому котлы-утилизаторы оказались неспособны вырабатывать пар нужных параметров и были выведены из работы.

В настоящее время перед предприятием стоит проблема выбора: вырабатывать горячую воду на теплофикационные нужды предприятия (а именно: для подразделений по производству горячего и холодного проката и ККЦ) в необходимом объеме посредством котлов ПТВМ-100, как это и делалось ранее; или перевести работу котлов-утилизаторов КУ-150 на водогрейный режим и с их помощью покрывать часть теплофикационной нагрузки данных производств, чем будет достигаться экономия топлива на котлах ПТВМ-100. Предварительные экономические расчеты показали, что перевод котлов-утилизаторов на водогрейный режим и их эксплуатация оказывается дешевле, чем выработка такого же количества горячей воды на котлах ПТВМ-100.

Задачей данного дипломного проекта является разработка проекта реконструкции котлов-утилизаторов, а именно их перевод с парового на водогрейный режим работы.

1. Назначение и компоновка котла-утилизатора КУ-150

1.1 Краткое описание технологической схемы и газового тракта

За каждой нагревательной печью стана "2000" установлено по 2 котла-утилизатора типа КУ-150.

Продукты горения нагревательной печи через два дымовых клапана, предназначенных для регулирования давления в печи, поступают в рекуператоры, а затем в боров печи. Из борова печи продукты горения могут проходить через открытый "шибер прямого хода" на трубу, или через открытый "шибер на котел" через один или два котла и далее на дымовую трубу.

За каждым котлом-утилизатором установлен дымосос типа Д-21,5х2. Распределение количества проходящих через котел газов обеспечивается величиной закрытия "шибера на трубу" и направляющим аппаратом дымососа.

1.2 Основные сведения по котлу

Водотрубный, змеевиковый котел-утилизатор с принудительной циркуляцией КУ-150 предназначен для установки за металлургическими и другими технологическими печами с целью использования физического тепла газов для выработки перегретого пара энергетических параметров.

В обозначении котла цифра 150 указывает максимальное количество газов, на которое рассчитан котел в тысячах нормальных кубометров в час.

Максимальная длительная температура газов перед котлом - 850?С, параметры вырабатываемого пара - 4,41 МПА, 375?С.

Котельная выполнена полуоткрытого типа. В помещении, по фронту котлов расположены: запорная арматура, барабан, циркуляционные насосы, трубопроводы питательной и технической воды, дренажные и продувочные линии, обеспечивающие работу котлоагрегата.

Основные теплотехнические и конструктивные характеристики котла и оборудования приведены в таблице 1 и таблице 2.

Поверхности нагрева котла расположены в двух вертикальных газоходах. Все поверхности нагрева выполнены из бесшовных труб диаметром 32 мм и толщиной стенки 3 мм и состоят из водяного экономайзера, испарительной части и пароперегревателя.

Компоновка поверхностей нагрева П-образная. В первом (восходящем) газоходе расположены: 1-я испарительная секция, пароперегреватель, 2-я испарительная секция и выходные пакеты третьей испарительной секции.

Во втором (нисходящем) газоходе расположены: входные пакеты 3-й испарительной секции и водяной экономайзер.

Расположение труб в пакетах поверхностей нагрева шахматное.

Шаги труб приняты: в ряду по ширине газохода для первой предвключенной секции - 172 мм, для второй и третьей испарительных секций и пароперегревателя - 68 мм, для экономайзера - 90 мм; шаг труб по ходу газов - 70 мм во всех пакетах.

Внутренний размер ширины газоходов котла, определяемый числом параллельно включенных змеевиков испарительной части, пароперегревателя и экономайзера, составляет 5810 мм. Размеры первого восходящего по длине змеевиков газохода равны 3450 мм, второго опускного - 3150 мм.

Каркас котла - металлический, сварной. Обмуровка подъемного газохода выполнена из огнеупорного термоизоляционного кирпича. Опускной газоход не обмуровывается, имеется только наружная теплоизоляция металлической обшивки котла.

1.3 Основные теплотехнические и конструктивные характеристики котла-утилизатора КУ-150

Основные теплотехнические характеристики котла и оборудования представлены в таблице 1.

Таблица 1- Теплотехнические характеристики котла и оборудования

№№ пп Наименование оборудования Характеристика Ед. изм. Величина

1. Котел-утилизатор КУ-150 Производительность т/ч 34,5

Давление в барабане котла МПА 1,96-2,16

Температура перегретого пара 0С до 390

Расход циркуляционной воды т/ч 240-250

Количество проходящих газов нм3/ч 150000

Температура газов: перед котлом 0С 300-850 за котлом 0С до 250

Сопротивление котла по газовому тракту Па до 1177,2

Сопротивление котла по водяному тракту МПА 0,29

Паровой объем барабана м3 6,8

Водяной объем котла м3 12

Давление питательной воды МПА 2,94-3,43

2. Дымосос Д -21,5х2 Производительность нм3/ч 200000

Полный напор Па 3923

Температура газов 0С до 220

Частота вращения об/мин 750

Температура подшипников 0С до 70

Мощность электродвигателя КВТ 630

Напряжение В 6000

Номинальный ток А 74

3. Циркуляционный насос НКУ-250 Производительность т/ч 250

Полный напор м.в.ст 30

Частота вращения об/мин 1450

Мощность электродвигателя КВТ 40

Напряжение В 380

Номинальный ток А 76

Основные конструктивные характеристики котла-утилизатора КУ-150 представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Конструктивные характеристики котла

№ п/п Наименование Размерность 1 испар. секция Пароперегреватель 2 испар. секция 3 испар. секция Экономайзер

1. Поверхность нагрева м2 133,2 166 415 475 436 725,1

2. Диаметр труб мм 32/26

3. Число паралл. змеевиков шт. 64 60 120 120 32

4. Количество рядов шт. 12 8 20 22 22 3х16

5. Шаги труб по ширине мм 172 86 86 86 90

6. Шаги труб по глубине мм 70

7. Живое сечение по газам м2 16,6 12,5 12,5 12,5/11,5 9,65

8. Живое сечение по воде и пару м2 0,034 0,0318 0,0636 0,0636 0,017

1.4 Схема циркуляции КУ-150

Испарительная часть котла выполнена по схеме с многократной принудительной циркуляцией (МПЦ) с тремя параллельно включенными секциями. Циркуляция осуществляется двумя циркуляционными насосами, рассчитанными на перекачку перегретой котловой воды с параметрами 4,903 МПА и 260?С. Избыточный напор, создаваемый насосом, 0,29 МПА.

На котле устанавливается два циркуляционных насоса, один из которых является резервным.

Из барабана котловая вода через входную задвижку с электроприводом поступает в циркуляционный насос, которым через обратный клапан и входную задвижку с электроприводом подается в шламоуловитель.

На напорном трубопроводе к шламоуловителю устанавливается диафрагма расходомера циркулирующей котловой воды.

Из шламоуловителя вода по шести трубам подается в три испарительные секции котла. На каждой такой трубе имеется диафрагма для периодического замера расхода воды, поступающей в каждую секцию и дроссельная шайба, служащая для распределения воды между секциями.

Из выходных камер испарительных секций пароводяная смесь поступает в барабан.

Питательная деаэрированная вода подается к котлу одним трубопроводом, на котором последовательно установлены: клапан автоматического регулятора питания; диафрагма расходомера питательной воды; запорный клапан с электроприводом, связанный с системой тепловой защиты; обратный клапан и запорный вентиль.

Из выходных камер экономайзера питательная вода отводится в барабан и поступает в водяное пространство его через распределительную трубу внутрибарабанного устройства.

Между шламоуловителем и питательным трубопроводом перед экономайзером имеется перемычка, по которой на вход экономайзера может быть подана циркуляционная котловая вода (линия рециркуляции).

Схема пароперегревателя является смешанной, при которой пар проходит последовательно сначала по змеевикам двух левых блоков сверху вниз, а потом по змеевикам двух правых блоков снизу вверх.

1.5 Поверхности нагрева

Все поверхности нагрева котла изготовлены в виде сварных блоков с принудительной дистанцировкой шахматного расположения труб в пакете.

Каждый пакет состоит из четырех блоков. Два змеевика образуют секцию, из которых собирается блок.

Дистанционные устройства расположены по длине змеевиков в двух местах. В крайних змеевиках блоков имеются разводки труб, которыми образуются вертикальные проходы для продувочных аппаратов.

Во входных отверстиях всех змеевиков испарительных поверхностей нагрева имеются уравнительные шайбы с отверстием 8 мм, которые могут быть сняты перед щелочением котла или для осмотра через эллиптические лючки в камерах.

Первая, вторая и третья секции испарительной поверхности работают как три параллельных циркуляционных контура. Все поверхности нагрева в свою очередь разделены на два параллельных контура (правый и левый). Каждый контур состоит из двух блоков.

Коллекторы пароперегревателя, первой испарительной, второй испарительной секции и выходной коллектор третьей испарительной секции расположены по фронтовой стенке котла.

Входные коллекторы третьей испарительной секции и коллекторы водяного экономайзера расположены на задней стенке котла. Несущие охлаждаемые балки 1-й испарительной секции и пароперегревателя включены в циркуляционный контур первой испарительной секции, т.е. котловая вода последовательно проходит через испарительный контур, затем в охлаждаемые балки и далее уходит в барабан котла. Остальные балки, на которые опираются блоки испарительных поверхностей нагрева и экономайзера - сварные, прямоугольного сечения, охлаждаемые естественной циркуляцией воздуха, а в части нижних блоков экономайзера - неохлаждаемые.

1.6 Барабан и внутрибарабанное устройство

Барабан котла с внутренним диаметром 1508 мм выполнен сварным из стали 20К. Толщина стенки барабана - 36 мм. В обоих днищах имеются эллиптические лазы размером 420 х 320 мм. В барабане котла расположено циклонное сепарационное устройство, состоящее из 14 циклонов, восемь из которых предназначены для сепарация пара от первой и третьей испарительных секций, а шесть циклонов от второй испарительной секции.

1.7 Шламоуловитель

Шламоуловитель представляет собой фильтр с фильтрующим элементом из дырчатой решетки, которая изготовляется из нержавеющей стали.

Для внутреннего осмотра в корпусе шламоуловителя имеются три эллиптических лючка, через которые можно установить необходимость ремонта фильтрующей решетки. В случае такой необходимости нижнее донышко снимается путем обрезки патрубка и фильтрующая цилиндрическая решетка вынимается.

1.8 Нормы качества питательной и котловой воды

Нормы качества питательной и котловой воды представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Нормы качества питательной и котловой воды

Наименование показателей Единицы измерения Нормативные значения Рабочие значения

Качество котловой воды

1 Массовая концентрация взвешенных веществ мг/дм3 не более 5 от 0,5 до 4,0

2 Щелочность по фенолфталеину мг-экв/дм3 - от 0,1 до 0,3

3 Щелочность общая Щобщ мг-экв/дм3 - от 0,5 до 1,80

4 Жесткость общая мг-экв/дм3 - от 0,1 до 1,20

5 Жесткость кальциевая ЖСА мг-экв/дм3 - от 0,07 до 0,90

6 Массовая концентрация соединений железа (в пересчете на железо общее) мг/дм3 не более 0,8 от 0,3 до 0,8

7 Значение РН при 25ИС от 8,3 до 9,5* от 8,6 до 9,3

8 Массовая концентрация свободной углекислоты мг/дм3 отсутствует отсутствует

9 Массовая концентрация растворенного кислорода мг/дм3 не более 0,02 от 0,004 до 0,015

10 Массовая концентрация нефтепродуктов мг/дм3 не более 1,0 не более 1,0

Качество подпиточной воды

1 Массовая концентрация взвешенных веществ, не более мг/дм3 5 от 0,1 до 4,0

2 Щелочность по фенолфталеину мг-экв/дм3 от 0,1 до 0,3

3 Щелочность общая мг-экв/дм3 - от 1,2 до 1,8

4 Жесткость общая мг-экв/дм3 - от 0,1 до 1,2

5 Жесткость кальциевая мг-экв/дм3 - от 0,07 до 0,9

6 Массовая концентрация соединений железа в пересчете на Fe, не более мг/дм3 0,8 от 0,3 до 0,8

7 Значение РН при 25 °С - от 8,3 до 9,5

8 Массовая концентрация свободной углекислоты мг/дм3 отсутствует отсутствует

9 Массовая концентрация растворенного кислорода, не более мг/дм3 0,05 от 0,015 до 0,05

10 Массовая концентрация нефтепродуктов, не более мг/дм3 1,0 от 0,3 до 1,0

2. Конструкция и характеристики котла при работе в водогрейном режиме

2.1 Конструкция котла-утилизатора КУ-150 при работе в водогрейном режиме

Котлы-утилизаторы КУ-150 переводятся на водогрейный режим работы с естественной тягой, для этого: 1.Требуется изменить схему циркуляции воды, а именно: - всасывающий трубопровод одного из циркуляционных насосов котла соединен с трубопроводом обратной сетевой воды;

- циркуляционные насосы соединены последовательно по воде;

- для циркуляции воды в пароперегревателе котла установлен трубопровод, соединяющий шламоотделитель с пароперегревателем;

- для циркуляции воды через экономайзер установлен трубопровод от шламоотделителя на экономайзер;

- коллектор воды после барабана котла соединен через задвижку с трубопроводом прямой сетевой воды.

При работе котла обратная сетевая вода поступает на всас первого циркуляционного насоса, далее последовательно проходит второй и третий насосы и с нагнетания третьего насоса по трубопроводу поступает в шламоотделитель, откуда идет на испарительные секции, пароперегреватель и экономайзер.

2. Для предотвращения вскипания воды в поверхностях нагрева необходимо увеличить давление воды на входе в котел посредством установки не одного, как было ранее, а трех циркуляционных насосов НКУ-250. Таким образом, давление воды на входе в котел будет не 0,29 МПА, а ~ 0,88 МПА. Изза повышения давления воды на входе в котел ее вскипание в поверхностях нагрева происходить не будет и можно будет закрыть "шибер на трубу" полностью, тем самым увеличив количество проходящих через котел газов, а следовательно, уменьшить потери теплоты в окружающую среду с уходящими газами.

Нагретая отходящими газами от нагревательных печей вода поступает в барабан котла и через коллектор в трубопровод прямой сетевой воды.

3. С целью экономии электрической энергии котел-утилизатор необходимо перевести на работу с естественной тягой. Для этого требуется произвести демонтаж нижней части перегородки между подъемным и опускным газоходами, вследствие чего дымовые газы пойдут через газоходы не последовательно (сначала через подъемный, далее - через опускной), а одновременно через оба газохода котла снизу вверх. В верхней части опускного газохода предусмотреть монтаж борова (с шибером), соединяющего газоходы котла и боров дымовой трубы. Боров в нижней части опускного газохода (предусмотренный первоначальной конструкцией котла) перекрыть, дымосос демонтировать.

2.2 Основные теплотехнические характеристики котла и оборудования при работе в водогрейном режиме

Котел-утилизатор, серийный, типа КУ-150 производства Белгородского котлостроительного завода, г. Белгород.

Основные теплотехнические характеристики котла и оборудования при работе в водогрейном режиме представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Теплотехнические характеристики котла и оборудования при работе на водогрейном режиме (при работе с искусственной тягой)

№ п/п Наименование оборудования Характеристика Ед. изм. Величина

1. Котел-утилизатор КУ-150 в водогрейном режиме Теплопроизводительность ГДЖ/ч 20,95-33,52

Давление воды на выходе МПА до 0,98

Температура воды на входе в котел 0С 70-80

- на выходе из котла 0С до 120

Расход воды через котел т/час 250

Температура газов: перед котлом 0С 250-350 за котлом 0С до 150

2. Дымосос Д-1,5х2 Производительность нм3/ч 200000

Полный напор Па 3923

Температура газов 0С до 220

Частота вращения об/мин 750

Температура подшипников 0С до 70

Мощность электродвигателя КВТ 630

Напряжение В 6000

Номинальный ток А 74

3. Циркуляционный насос НКУ-250 Производительность т/час 250

Полный напор м.в.ст 30

Частота вращения об/мин 1450

Мощность электродвигателя КВТ 40

Напряжение В 380

Номинальный ток А 76

3. Технические расчеты

3.1 Тепловой расчет котла-утилизатора КУ-150 на водогрейном режиме

Исходные данные для теплового расчета: Температура дымовых газов пере котлом ?г’= 350°С (I’г=849,1 КДЖ/м3);

Температура воды на входе в котел t’в= 80°С (I’в=335,7 КДЖ/кг);

Расход воды через котел Gв= 250 т/ч;

Температура воды на выходе из котла t’’в= 120°С (I’’в=481,35 КДЖ/кг);

Давление воды на входе в котел рв= до 0,98 МПА;

Расчет энтальпий дымовых газов

Энтальпия газов на входе в котел-утилизатор, КДЖ/м3: I"г=cг?"г

Энтальпия газов на выходе из котла-утилизатора, КДЖ/м3: I""г=cг?""г

Объемная теплоемкость газов подсчитывается как теплоемкость смеси газов по формуле

, (1)

Где сг,i - объемные теплоемкости компонентов смеси при постоянном давлении при данной температуре, КДЖ/(м3?К) (таблица 6);

ri - объемные доли компонентов смеси (таблица 5).

Примерный состав газов за нагревательными печами стана "2000" представлен в таблице 5.

Таблица 5- Состав газов отходящих от печей стана "2000"

Состав газов, % СО2 N2 SO2 CO O2 H2

Продукты сгорания методических печей ЛПЦ-2 6,6 77 - - 16,4 -

Теплоемкости газов, входящих в состав дымовых газов, представлены в таблице 6.

Таблица 6 - Теплоемкость газов

Теплоемкость газов, ср,i КДЖ/( м3К) t, 0C O2 N2 CO CO2 SO2 H2

0 1,3046 1,2992 1,29922 1,5914 1,7333 1,278

100 1,3167 1,304 1,3013 1,7132 1,813 1,2905

200 1,3356 1,3042 1,3075 1,7961 1,888 1,299

300 1,3565 1,3113 1,3172 1,8711 1,957 1,3

400 1,3766 1,3205 1,3289 1,9377 2,018 1,303

Проведем расчет для температур дымовых газов: ?г’ = 250°С:

?г’ = 300°С:

?г’ = 350°С:

По вычисленным значениям I"г строим график зависимости изменения энтальпии газов в газоходах котла. Зависимость Іг от изменения ?г - практически линейная. При дальнейшем расчете, определив из уравнения теплового баланса энтальпию газов в том или ином газоходе, температуру газов определяем по I-? диаграмме.

I-? диаграмма для дымовых газов

Тепловой баланс котла-утилизатора на водогрейном режиме

Энтальпия дымовых газов Іг, КДЖ/м3

Температура дымовых газов ?г, °С

Температуру газов на выходе из котла-утилизатора примем равной 150°С. ?г’’ = 150°С, тогда энтальпия I’’г= 567,4 КДЖ/м3 (по I-? диаграмме).

Уравнение теплового баланса котла-утилизатора на водогрейном режиме имеет вид: (2) где Qг - теплота, отданная дымовыми газами, КВТ; ?- коэффициент сохранения тепла, учитывающий его потери в окружающую среду (принимается ?=0,98); Gг - расход дымовых газов через котел-утилизатор, нм3/ч; Gв - расход воды через котел-утилизатор, м3/ч; I’г, I’’г- энтальпия дымовых газов на входе и на выходе из котла-утилизатора соответственно, КДЖ/м3; I’в, I’’в- энтальпия дымовых газов на входе и на выходе из котла-утилизатора соответственно, КДЖ/кг.

Из выражения (2) находим расход дымовых газов через котел-утилизатор:

Примем расход дымовых газов через газоходы: - через левый газоход Gг левый=74349 нм3/ч;

- через правый газоход Gг правый=58002 нм3/ч.

Расчет ведется методом последовательных приближений. Задавшись в первом приближении температурой газов на выходе из котла (или из испарительной поверхности), из уравнения теплового баланса определяют количество теплоты, отданное дымовыми газами Qг.

Подробный тепловой расчет котла-утилизатора на водогрейном режиме представлен в таблице 7.

Во всех вариантах расчета расход дымовых газов через котел принят 132,351 тыс.нм3/час, расчетная температура газов перед котлом принята равной 350, 300 и 2500С (вариант 1, вариант 2 и вариант 3 соответственно).

Таблица 7 - Тепловой расчет котла-утилизатора на водогрейном режиме

Наименование Обозначение Формула, источник Значение

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3

1 2 3 4 5 6

Первая испарительная поверхность

Диаметр труб d,м согласно [1] 0,032 0,032 0,032

Поперечный шаг S1, м согласно [1] 0,172 0,172 0,172

Продольный шаг S2, м согласно [1] 0,070 0,070 0,070

Относительный поперечный шаг ?1 s1/d 5,375 5,375 5,375

Относительный продольный шаг ?2 s2/d 2,188 2,188 2,188

Живое сечение по газам Fг, м2 согласно [1] 16,600 16,600 16,600

Поверхность нагрева Нг, м2 согласно [1] 133,200 133,200 133,200

Температура газов на входе ?г", °C согласно [1] 350,000 300,000 250,000

Энтальпия газов на входе Іг", КДЖ/м3 I-? диагр. 849,100 776,800 702,440

Температура воды на входе тв", °С согласно [1] 80,000 80,000 80,000

Энтальпия воды на входе Ів", КДЖ/м3 табл. Вукаловича 335,700 335,700 335,700

Расход газов Gг, нм3/ч задаемся 74349,000 74349,000 74349,000

Расход воды Gв, кг/ч принимаем 14250,000 14250,000 14250,000

Температура газов на выходе ?г"", °C принимаем 311,000 270,000 225,000

Энтальпия газов на выходе Іг"", КДЖ/м3 I-? диагр. 793,590 733,900 670,460

Тепловосприятие по балансу Qб, КДЖ/ч Gг·(Іг?- Іг??)·? 4044570,730 3125780,658 2330127,400

Энтальпия воды на выходе Ів"", КДЖ/м3 i? Qб/Gв 619,530 555,053 499,218

Температура воды на выходе тв"", °С табл. Вукаловича 147,859 132,471 119,145

Температурный напор ?t, °C (?tб ?tм)/2 216,570 178,765 137,927

Средняя температура газов ?ср, °C (??г ???г)/2 330,500 285,000 237,500

Средняя скорость газов Wг, м/с Gг(?ср. 273)/ 3600Fг·273 2,750 2,543 2,326

Коэффициент теплоотдачи конвекцией ?к, КДЖ/м2·ч·°С ном.13[5] 162,404 153,857 152,097

Эффективная толщина излучающего слоя S, м 0,9d(4s1s2/?d2-1) 0,403 0,403 0,403

Произведение Рп·S Па Р·s·rn 9478,095 9478,095 9478,095

Коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами Кг, 1/(м·кгс/см2) номогр. 3[5] 2,800 2,800 2,800

Оптическая толщина k · p ·s , Па кг·pn·s 0,271 0,271 0,271

Степень черноты а 1-е-kps 0,236 0,236 0,236

Коэффициент теплоотдачи излучением ?л, КДЖ/м2·ч·°С ном.19[5] 6,023 5,111 4,397

Коэффициент теплопередачи К, КДЖ/м2·ч·°С ?(?к ?л) 140,731 131,453 127,890

Тепловосприятие по уравнению теплопередачи Qг, КДЖ/ч К·Н·?t 4059706,224 3130092,145 2349587,488

Невязка баланса Qб/Qг , % Qб/ Qг·100 99,627 99,862 99,172

Пароперегреватель

Диаметр труб d,м согласно [1] 0,032 0,032 0,032

Поперечный шаг S1, м согласно [1] 0,086 0,086 0,086

Продольный шаг S2, м согласно [1] 0,070 0,070 0,070

Относительный поперечный шаг ?1 s1/d 2,688 2,688 2,688

Относительный продольный шаг ?2 s2/d 2,188 2,188 2,188

Живое сечение по газам Fг, м2 согласно [1] 12,500 12,500 12,500

Поверхность нагрева Нг, м2 согласно [1] 166,000 166,000 166,000

Температура газов на входе ?г", °C задано 311,000 270,000 225,000

Энтальпия газов на входе Іг", КДЖ/м3 I-? диагр. 793,590 733,900 670,460

Температура воды на входе тв", °С задано 80,000 80,000 80,000

Энтальпия воды на входе Ів", КДЖ/м3 табл. Вукаловича 335,700 335,700 335,700

Расход газов Gг, нм3/ч задаемся 74349,000 74349,000 74349,000

Расход воды Gв, кг/ч принимаем 17250,000 17250,000 17250,000

Температура газов на выходе ?г"", °C принимаем 270,000 238,000 197,000

Энтальпия газов на выходе Іг"", КДЖ/м3 I-? диагр. 735,610 687,530 638,430

Тепловосприятие по балансу Qб, КДЖ/ч Gг·(Іг?- Іг??)·? 4224539,920 3378611,867 2333770,501

Энтальпия воды на выходе Ів"", КДЖ/м3 i? Qб/Gв 580,601 531,562 470,991

Температура воды на выходе тв"", °С табл. Вукаловича 138,568 126,864 112,408

Температурный напор ?t, °C (?tб ?tм)/2 181,216 150,568 114,796

Средняя температура газов ?ср, °C (??г ???г)/2 290,500 254,000 211,000

Средняя скорость газов Wг, м/с Gг(?ср. 273)/ 3600Fг·273 3,410 3,189 2,929

Коэффициент теплоотдачи конвекцией ?к, КДЖ/м2·ч·°С ном.13[5] 174,115 168,941 152,851

Эффективная толщина излучающего слоя S, м 0,9d(4s1s2/?d2-1) 0,187 0,187 0,187

Произведение Рп·S Па Р·s·rn 4400,014 4400,014 4400,014

Коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами Кг, 1/(м·кгс/см2) номогр. 3[5] 3,600 3,600 3,600

Оптическая толщина k · p ·s , Па кг·pn·s 0,161 0,161 0,161

Степень черноты а 1-е-kps 0,149 0,149 0,149

Коэффициент теплоотдачи излучением ?л, КДЖ/м2·ч·°С ном.19[5] 3,247 2,841 2,841

Коэффициент теплопередачи К, КДЖ/м2·ч·°С ?(?к ?л) 140,791 135,635 123,568

Тепловосприятие по уравнению теплопередачи Qг, КДЖ/ч К·Н·?t 4235242,662 3390090,015 2354716,130

Невязка баланса Qб/Qг , % Qб/ Qг·100 99,747 99,661 99,110

Вторая испарительная поверхность

Диаметр труб d,м согласно [1] 0,032 0,032 0,032

Поперечный шаг S1, м согласно [1] 0,086 0,086 0,086

Продольный шаг S2, м согласно [1] 0,070 0,070 0,070

Относительный поперечный шаг ?1 s1/d 2,688 2,688 2,688

Относительный продольный шаг ?2 s2/d 2,188 2,188 2,188

Живое сечение по газам Fг, м2 согласно [1] 12,500 12,500 12,500

Поверхность нагрева Нг, м2 согласно [1] 415,000 415,000 415,000

Температура газов на входе ?г", °C задано 270,000 238,000 197,000

Энтальпия газов на входе Іг", КДЖ/м3 I-? диагр. 735,610 687,530 638,430

Температура воды на входе тв", °С согласно [1] 80,000 80,000 80,000

Энтальпия воды на входе Ів", КДЖ/м3 табл. Вукаловича 335,700 335,700 335,700

Расход газов Gг, нм3/ч задаемся 74349,000 74349,000 74349,000

Расход воды Gв, кг/ч принимаем 44250,000 44250,000 44250,000

Температура газов на выходе ?г"", °C принимаем 196,000 180,000 159,000

Энтальпия газов на выходе Іг"", КДЖ/м3 I-? диагр. 636,430 605,900 577,560

Тепловосприятие по балансу Qб, КДЖ/ч Gг·(Іг?- Іг??)·? 7226455,144 5947726,693 4435111,157

Энтальпия воды на выходе Ів"", КДЖ/м3 i? Qб/Gв 499,010 470,112 435,929

Температура воды на выходе тв"", °С табл. Вукаловича 119,095 112,199 104,040

Температурный напор ?t, °C (?tб ?tм)/2 133,452 112,901 85,980

Средняя температура газов ?ср, °C (??г ???г)/2 233,000 209,000 178,000

Средняя скорость газов Wг, м/с Gг(?ср. 273)/ 3600Fг·273 3,062 2,917 2,729

Коэффициент теплоотдачи конвекцией ?к, КДЖ/м2·ч·°С ном.13[5] 161,678 159,220 155,030

Эффективная толщина излучающего слоя S, м 0,9d(4s1s2/?d2-1) 0,187 0,187 0,187

Произведение Рп·S Па Р·s·rn 4400,014 4400,014 4400,014

Коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами Кг, 1/(м·кгс/см2) номогр. 3[5] 3,600 3,500 3,600

Оптическая толщина k · p ·s , Па кг·pn·s 0,161 0,157 0,161

Степень черноты а 1-е-kps 0,149 0,145 0,149

Коэффициент теплоотдачи излучением ?л, КДЖ/м2·ч·°С ном.19[5] 2,977 2,637 2,706

Коэффициент теплопередачи К, КДЖ/м2·ч·°С ?(?к ?л) 130,613 127,701 124,776

Тепловосприятие по уравнению теплопередачи Qг, КДЖ/ч К·Н·?t 7233686,170 5983265,103 4452230,057

Невязка баланса Qб/Qг , % Qб/ Qг·100 99,900 99,406 99,615

Экономайзер

Диаметр труб d,м согласно [1] 0,032 0,032 0,032

Поперечный шаг S1, м согласно [1] 0,090 0,090 0,090

Продольный шаг S2, м согласно [1] 0,070 0,070 0,070

Относительный поперечный шаг ?1 s1/d 2,813 2,813 2,813

Относительный продольный шаг ?2 s2/d 2,188 2,188 2,188

Живое сечение по газам Fг, м2 согласно [1] 9,650 9,650 9,650

Поверхность нагрева Нг, м2 согласно [1] 725,100 725,100 725,100

Температура газов на входе ?г", °C задано 350,000 300,000 250,000

Энтальпия газов на входе Іг", КДЖ/м3 I-? диагр. 849,100 776,800 702,440

Температура воды на входе тв", °С согласно [1] 80,000 80,000 80,000

Энтальпия воды на входе Ів", КДЖ/м3 табл. Вукаловича 335,700 335,700 335,700

Расход газов Gг, нм3/ч задаемся 58002,000 58002,000 58002,000

Расход воды Gв, кг/ч принимаем 77250,000 77250,000 77250,000

Температура газов на выходе ?г"", °C принимаем 163,000 152,000 138,000

Энтальпия газов на выходе Іг"", КДЖ/м3 I-? диагр. 563,500 561,560 544,190

Тепловосприятие по балансу Qб, КДЖ/ч Gг·(Іг?- Іг??)·? 16234063,776 12234663,470 8995240,170

Энтальпия воды на выходе Ів"", КДЖ/м3 i? Qб/Gв 545,850 494,078 452,143

Температура воды на выходе тв"", °С табл. Вукаловича 130,274 117,918 107,910

Температурный напор ?t, °C (?tб ?tм)/2 151,363 127,041 100,045

Средняя температура газов ?ср, °C (??г ???г)/2 256,500 226,000 194,000

Средняя скорость газов Wг, м/с Gг(?ср. 273)/ 3600Fг·273 3,238 3,052 2,856

Коэффициент теплоотдачи конвекцией ?к, КДЖ/м2·ч·°С ном.13[5] 186,204 163,410 155,030

Эффективная толщина излучающего слоя S, м 0,9d(4s1s2/?d2-1) 0,197 0,197 0,197

Произведение Рп·S Па Р·s·rn 4636,204 4636,204 4636,204

Коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами Кг, 1/(м·кгс/см2) номогр. 3[5] 3,500 3,600 3,600

Оптическая толщина k · p ·s , Па кг·pn·s 0,165 0,170 0,170

Степень черноты а 1-е-kps 0,152 0,156 0,156

Коэффициент теплоотдачи излучением ?л, КДЖ/м2·ч·°С ном.19[5] 3,044 3,549 2,839

Коэффициент теплопередачи К, КДЖ/м2·ч·°С ?(?к ?л) 149,217 133,711 125,195

Тепловосприятие по уравнению теплопередачи Qг, КДЖ/ч К·Н·?t 16377047,832 12317107,816 9081996,999

Невязка баланса Qб/Qг , % Qб/ Qг·100 99,127 99,331 99,045

Первый пакет третьей испарительной секции

Диаметр труб d,м согласно [1] 0,032 0,032 0,032

Поперечный шаг S1, м согласно [1] 0,086 0,086 0,086

Продольный шаг S2, м согласно [1] 0,070 0,070 0,070

Относительный поперечный шаг ?1 s1/d 2,688 2,688 2,688

Относительный продольный шаг ?2 s2/d 2,188 2,188 2,188

Живое сечение по газам Fг, м2 согласно [1] 12,500 12,500 12,500

Поверхность нагрева Нг, м2 согласно [1] 475,000 475,000 475,000

Температура газов на входе ?г", °C задано 163,000 152,000 138,000

Энтальпия газов на входе Іг", КДЖ/м3 I-? диагр. 563,500 561,560 544,190

Температура воды на входе тв", °С согласно [1] 80,000 80,000 80,000

Энтальпия воды на входе Ів", КДЖ/м3 табл. Вукаловича 335,700 335,700 335,700

Расход газов Gг, нм3/ч задаемся 58002,000 58002,000 58002,000

Расход воды Gв, кг/ч принимаем 97000,000 97000,000 97000,000

Температура газов на выходе ?г"", °C принимаем 116,000 117,000 114,000

Энтальпия газов на выходе Іг"", КДЖ/м3 I-? диагр. 510,340 512,890 502,950

Тепловосприятие по балансу Qб, КДЖ/ч Gг·(Іг?- Іг??)·? 3021718,594 2766498,193 2344162,430

Энтальпия воды на выходе Ів"", КДЖ/м3 i? Qб/Gв 366,852 364,221 359,867

Температура воды на выходе тв"", °С табл. Вукаловича 87,554 86,926 85,887

Температурный напор ?t, °C (?tб ?tм)/2 55,723 51,037 43,056

Средняя температура газов ?ср, °C (??г ???г)/2 139,500 134,500 126,000

Средняя скорость газов Wг, м/с Gг(?ср. 273)/ 3600Fг·273 1,948 1,924 1,884

Коэффициент теплоотдачи конвекцией ?к, КДЖ/м2·ч·°С ном.13[5] 139,653 142,460 142,460

Эффективная толщина излучающего слоя S, м 0,9d(4s1s2/?d2-1) 0,187 0,187 0,187

Произведение Рп·S Па Р·s·rn 4400,014 4400,014 4400,014

Коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами Кг, 1/(м·кгс/см2) номогр. 3[5] 3,500 3,600 3,600

Оптическая толщина k · p ·s , Па кг·pn·s 0,157 0,161 0,161

Степень черноты а 1-е-kps 0,145 0,149 0,149

Коэффициент теплоотдачи излучением ?л, КДЖ/м2·ч·°С ном.19[5] 3,032 2,706 2,706

Коэффициент теплопередачи К, КДЖ/м2·ч·°С ?(?к ?л) 114,268 115,349 115,349

Тепловосприятие по уравнению теплопередачи Qг, КДЖ/ч К·Н·?t 3024494,176 2796351,098 2359097,240

Невязка баланса Qб/Qг , % Qб/ Qг·100 99,908 98,932 99,367

Второй пакет третьей испарительной секции

Диаметр труб d,м согласно [1] 0,032 0,032 0,032

Поперечный шаг S1, м согласно [1] 0,086 0,086 0,086

Продольный шаг S2, м согласно [1] 0,070 0,070 0,070

Относительный поперечный шаг ?1 s1/d 2,688 2,688 2,688

Относительный продольный шаг ?2 s2/d 2,188 2,188 2,188

Живое сечение по газам Fг, м2 согласно [1] 11,500 11,500 11,500

Поверхность нагрева Нг, м2 согласно [1] 436,000 436,000 436,000

Температура газов на входе ?г", °C задано 196,000 180,000 159,000

Энтальпия газов на входе Іг", КДЖ/м3 I-? диагр. 636,430 605,900 577,560

Температура воды на входе тв", °С согласно [1] 87,554 86,926 85,887

Энтальпия воды на входе Ів", КДЖ/м3 табл. Вукаловича 366,852 364,221 359,867

Расход газов Gг, нм3/ч задаемся 74349,000 74349,000 74349,000

Расход воды Gв, кг/ч принимаем 97000,000 97000,000 97000,000

Температура газов на выходе ?г"", °C принимаем 158,000 141,000 130,000

Энтальпия газов на выходе Іг"", КДЖ/м3 I-? диагр. 573,740 554,260 538,410

Тепловосприятие по балансу Qб, КДЖ/ч Gг·(Іг?- Іг??)·? 4567720,034 3762594,713 2852548,083

Энтальпия воды на выходе Ів"", КДЖ/м3 i? Qб/Gв 413,942 403,010 389,274

Температура воды на выходе тв"", °С табл. Вукаловича 98,793 96,184 92,906

Температурный напор ?t, °C (?tб ?tм)/2 83,827 68,945 55,104

Средняя температура газов ?ср, °C (??г ???г)/2 177,000 160,500 144,500

Средняя скорость газов Wг, м/с Gг(?ср. 273)/ 3600Fг·273 2,960 2,852 2,746

Коэффициент теплоотдачи конвекцией ?к, КДЖ/м2·ч·°С ном.13[5] 156,580 156,580 148,117

Эффективная толщина излучающего слоя S, м 0,9d(4s1s2/?d2-1) 0,187 0,187 0,187

Произведение Рп·S Па Р·s·rn 4400,014 4400,014 4400,014

Коэффициент ослабления лучей 3-х атомными газами Кг, 1/(м·кгс/см2) номогр. 3[5] 3,500 3,600 3,600

Оптическая толщина k · p ·s , Па кг·pn·s 0,157 0,161 0,161

Степень черноты а 1-е-kps 0,145 0,149 0,149

Коэффициент теплоотдачи излучением ?л, КДЖ/м2·ч·°С ном.19 [5] 2,637 2,706 2,706

Коэффициент теплопередачи К, КДЖ/м2·ч·°С ?(?к ?л) 125,721 125,939 119,591

Тепловосприятие по уравнению теплопередачи Qг, КДЖ/ч К·Н·?t 4594897,914 3785734,342 2873207,146

Невязка баланса Qб/Qг , % Qб/ Qг·100 99,409 99,389 99,281

Температура воды на выходе из барабана котла тб, °С Из теплового баланса барабана 117,700 109,900 102,400

Согласно теплового расчета, представленного в таблице 7, уточним расходы дымовых газов через газоходы котла:

Отсюда по I-? диаграмме: ?г’’=135°C.

Температура воды на выходе из котла получилась равной 117,7°С, т.е. I’’в=492,98 КДЖ/кг.

Невязка: , что соответствует требованиям инженерных расчетов.

3.2 Аэродинамический расчет дымового тракта

Описание дымового тракта

В состав дымового тракта (рисунок 1) входит два вертикальных прямоугольных дымовых канала - дымоспады (левый и правый), размером 2552 х 5196 мм, которые переходят в горизонтальные дымопроводы диаметром 3612 мм. Ось дымопроводов проходит на отметке минус 14500 мм.

В горизонтальных дымопроводах расположены петлевые, трубчатые, металлические восьми секционные рекуператоры, предназначенные для подогрева воздуха, подаваемого в печь для сжигания топлива (2 шт. на печь), после них по ходу газов расположены поворотные дымовые клапаны диаметром 3500 мм для регулирования давления в печи.

Оба дымопровода (левый и правый) переходят в общий дымопровод (боров) диаметром 5952 мм, ось которого расположена на отметке минус 14500 мм и совпадает с осью нагревательной печи.

Длина общего борова 83000 мм. Он представляет собой металлическую сварную трубу-кожух, футерованную внутри. Рабочая футеровка выполнена из шамотного кирпича класса "Б" толщиной 300 мм и теплоизоляционный слой из шамота-легковеса марки ШЛБ-1,2 толщиной 115 мм. Общий боров переходит в вертикальную шахту прямоугольного сечения 4756 * 7250 мм, футерованную слоем шамота класса "Б" толщиной 696 мм. На отметке минус 9700 мм по оси общего борова из шахты начинается дымовой боров сечением 4176 * 6310 мм, идущий на дымовую трубу. Стенки борова футерованы слоем шамота класса "Б" толщиной 230 мм и слоем шамота-легковеса толщиной 116 мм.

Свод борова выполнен аркой из клинового шамотного кирпича толщиной 300 мм и слоя диатомового кирпича толщиной 116мм. В дымовом борове на расстоянии 33000 мм от оси шахты расположен главный дымовой шибер на дымовую трубу, управляемый с пульта управления котлов-утилизаторов.

После шибера боров поворачивает на 30° и заканчивается в дымовой трубе. На отметке минус 7050 мм из шахты отходят два дымовых борова на котлы-утилизаторы.

Рисунок 1 - Дымовой тракт

Аэродинамический расчет дымового тракта представлен в таблице 8.

котел утилизатор водогрейный реконструкция

В настоящее время в России, как и во всем мире, существенное значение имеет проблема экономии топливно-энергетических ресурсов. Строительство новых энергетических объектов требует больших капиталовложений, поэтому на каждом предприятии изыскиваются внутренние резервы для экономии тепловой энергии.

На Череповецком металлургическом комбинате ОАО "Северсталь" в листопрокатном цехе №2 за нагревательными печами расположены котлы-утилизаторы, работающие на дымовых газах, отходящих от печей, и предназначенные для выработки перегретого пара. В связи с тем, что температура уходящих дымовых газов от печей не является достаточной для выработки котлами пара, котлы-утилизаторы оказались неспособны вырабатывать пар нужных параметров и были выведены из работы, вследствие чего, теплота газов, отходящих от печей, не использовалась.

В данном дипломном проекте представлен проект перевода КУ-150 с парового на водогрейный режим с естественной тягой. Проект содержит теоретические сведения о котле-утилизаторе КУ-150 и его характеристики при работе на паровом и водогрейном режиме; тепловой расчет КУ-150 на водогрейном режиме при трех различных температурах дымовых газов перед котлом; аэродинамический расчет дымового тракта, подтверждающий возможность перевода котла на естественную тягу.

Также в проекте рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности: представлен анализ вредных и опасных производственных факторов, меры по обеспечению безопасных условий труда, проведен расчет средств пожаротушения в соответствии с требованиями норм правил пожарной безопасности, рассмотрен вопрос об обеспечении работы котельной в условиях ЧС и об охране окружающей среды.

В экономической части проекта представлен расчет экономического эффекта и срока окупаемости реконструкции. Срок окупаемости капитальных затрат составил 0,412 лет, а коэффициент экономической эффективности - 2,43 лет-1.

В результате расчета экономического эффекта реконструкции сделан вывод о целесообразности перевода котлов КУ-150 на водогрейный режим с естественной тягой, так как за счет этого: - существенно снизятся потери теплоты в окружающую среду с уходящими газами, за счет их использования в КУ-150;

- затраты электроэнергии на привод дымососов будут отсутствовать.

Кроме того, экономические расчеты показали, что перевод котлов-утилизаторов на водогрейный режим и их эксплуатация оказывается дешевле, чем выработка такого же количества горячей воды на котлах ПТВМ-100.

Размещено на