Вертикально-водотрубные котлы
Вертикально-водотрубные котлы, используемые для отопительно производственных целей, ограничиваются как по производительности, так и по рабочим параметрам (давлению и температуре).
Паропроизводительность этих котлов недолжна превышать 75 т/ч при рабочем давлении вырабатываемого насыщенного пара 13 атм. Из всех существующих конструкций вертикально-водотрубных котлов наибольшее распространение получили котлы ДКВР с паропроизводительностьюдо20 т/ч. Это единственные котлы, которые изготовляются серийно.
Котлы ДКВР. Стационарные паровые котлы ДКВР (двух барабанные котлы водотрубные реконструированные) разработаны ЦКТИ им. Ползунова совместно с Бийским котельным заводом. Котлы были разработаны ,в 40-х годах, а с 50-го года начался их •поточно-серийный выпуск под маркой ДКВ. Впоследствии, в процессе изготовления и эксплуатации, эти котлы подверглись некоторым изменениям (сокращена длина топки, уменьшены шаги труб кипятильного пучка и т. п.) и с 1958 г. выпускаются под маркой ДКВР. Эти котлы предназначены не только для отопительно-производственных целей и при давлении 39 атм могут быть использованы в небольших энергетических установках.
Котлы типа ДКВР имеют два барабана: верхний (длинный или короткий) и .нижний (только короткий), а также экранированную топочную камеру. Трубы боковых экранов в котлах паропроизводительностью до 10 т/ч и при давлении 13 и 23 ати верхними концами завальцованы в верхнем барабане, а в котлах производительностью 10, 20 и 35 т/ч с короткими барабанами приварены к верхним коллекторам. Нижние концы экранных труб всех котлов приварены к нижним коллекторам. У котлов производительностью 10 т/ч с длинным барабаном экранированы также фронтовая и задняя стенки тонки. Продольно расположенные барабаны соединены развальцованными в них гнутыми кипятильными трубами, образующими конвективный котельный пучок.
Перед котельным пучком котлов производительностью до 10 т/ч расположена топочная камера, которая для уменьшения потерь с уносом и химическим недожогом делится кирпичной шамотной перегородкой на две части: собственно топку и камеру догорания. Между первым и вторым рядами труб котельного пучка устанавливается шамотная перегородка, отделяющая кипятильный пучок от камеры догорания. Таким образом, первый ряд труб котельного пучка - задний экран камеры догорания. Внутри котельного пучка чугунная перегородка делит его напервый и второй газоходы. Выход газов из камеры догорания и из котла асимметричен. При наличии пароперегревателя часть кипятильных труб .не устанавливается, пароперегреватель размещается в первом газоходе после второго и третьего ряда кипятильных труб. Вода в трубы боковых экранов котлов производительностью до 10 т/ч поступает одновременно из верхнего и нижнего барабанов. Вода в трубы фронтовых экранов поступает только из верхнего барабана, а в трубы задних экранов нижнего. В котлах с короткими верхними барабанами применено двухступенчатое испарение и установлены выносные циклоны.
Для всей серии котлов экраны и котельные пучки выполняются из стальных бесшовных труб диаметром 51 мм и толщиной стенки 2,5 мм. Боковые экраны выполнены с шагом 80 мм; в котлах с фронтовым и задним экраном шаг труб принят 130мм.В кипятильных пучках трубы расположены в коридорном порядке с шагом 100 мм вдоль оси и 110 мм поперек оси котлов.
Ширина конвективного пучка котлов производительностью 2,5 и 4 т/ч-2180мм; производительностью 6,5 и 10 т/ч-2810мм.
Схема циркуляции котла ДКВР 6.5
В котле ДКВР 6.5 используется естественная циркуляция, осуществляемая за счет разности плотностей теплоносителя.
Питательная вода поступает в верхний барабан 2 по питательной линии 1
Верхний барабан соединенный трубами экранов 7 с нижними камерами и трубами пучка 3 с нижним барабаном 5. Питание экранов производится не обогреваемыми трубами 9 и 6 из верхнего и нижнего барабанов. Опускными трубами кипятильного пучка служат его последние по ходу газов ряды 4.
Из экранов и подъемных труб пучка пароводяная смесь поступает в верхний барабан.
Питание экранов 1-й ступени испарения ведется через трубы 4, приваренные к нижнему барабану 3 и задней части нижних камер экранов 8.
Пароводяная смесь из экранов этой ступени испарения отводится по трубам в верхний барабан. Вследствие небольшой высоты контуров у всех экранов обеих ступеней имеются рециркуляционные трубы. Питательными трубами кипятильного пучка (как и во всех котлах ДКВР) служат его последние обогреваемые ряды 2.
Исходные данные:
- производительность 6,5 т/ч
- давление 1,3 МПа (13 атм)
- температура питательной воды 100°С
- твердое топливо (Читинская обл. уголь марки Г)
- температура холодного воздуха 30°C
- нагрузка 100%
- процент продувки 5%
Топливо, его состав, расчет объемов воздуха и продуктов сгорания.
1.Расчетные характеристики: Читинский уголь марки «Г» табл.1 (4)
| Состав топлива % | Низшая теплота сгорания | |||||||
| Wp | Ap | Sкp | Sорр | Ср | Hp | Np | Op | Qнр |
| 8.0 | 9.2 | 0.6 | 67.9 | 4.7 | 0.8 | 8.8 | 6380Ккал/кг= =26732КДж/кг |
2.Теоретическое количество воздуха, необходимое для горения:
Теоретический объем азота:
Объем трехатомных газов в продуктах сгорания:
Теоретический объем водяных паров:
Состав продуктов сгорания
| Величина | Размер-ность | Расчетная формула | Топка | I конв. пучок | II конв. пучок | Эконо-майзер | |
| Коэфф. избытка воздуха после пов-ти нагрева | - | Da=DVприс/V0 | 1.45 | 1.55 | 1.6 | 1.7 | 1.8 |
| Средний коэфф. избытка воздуха в газоходе пов-ти нагрева | - | aср=(ai’+ai”)/2 | 1.5 | 1.58 | 1.65 | 1.75 | |
| Объем водяных паров | [м3/кг] | VH2O= V0H2O+0,0161(a-1) V0 | 0,79 | 0,8 | 0,8 | 0,82 | |
| Полный объем продуктов сгорания | [м3/кг] | Vг= V0RO2+V0N2+ V0H2O +(a-1) V0 | 11.14 | 11.71 | 12.2 | 12.92 | |
| Объемная доля трехатомных газов | - | rRO2= VRO2/ Vг | 0.114 | 0.108 | 0.104 | 0.098 | |
| Объемная доля водяных паров | - | rH2O= VH2O/ Vг | 0.071 | 0.068 | 0.066 | 0.063 | |
| Суммарная объемная доля | - | rn= rRO2+ rH2O | 0.185 | 0.176 | 0.17 | 0.161 | |
4.Значение коэффициента избытка воздуха в топке αт=1.3 (табл.ХХI (4))
коэффициент присоса воздуха в топку ∆αт=0.1 (табл.ХVI (4))
I котельный пучек:
II котельный пучек:
Экономайзер:
Определяем действительный объем водяных паров:
Определяем полный объем продуктов сгорания:
Определяем объемную долю трехатомных газов:
Определяем объемную долю водяных паров:
5.Энтальпия теоретически необходимого объема воздуха вычисляется по формуле:
, кДж/кг
Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания:
, кДж/кг
Энтальпия действительного объема продуктов сгорания:
, кДж/кг
Энтальпия воздуха и продуктов сгорания при различных коэффициентах избытка воздуха.
Энтальпия теоретически необходимого объема воздуха вычисляется по формуле:
Cв – определяется по таб.III (4)
Топочная камера:
t=2000˚C, 
кДж/кг
t=1800˚C, 
кДж/кг
t=1600˚C, 
кДж/кг
t=1200˚C, 
кДж/кг
t=1100˚C, 
кДж/кг
t=900˚C, 
кДж/кг
I котельный пучек:
t=800˚C, 
кДж/кг
t=700˚C, 
кДж/кг
t=600˚C, 
кДж/кг
t=500˚C, 
кДж/кг
II котельный пучек:
t=400˚C, 
кДж/кг
t=300˚C, 
кДж/кг
t=200˚C, 
кДж/кг
Экономайзер:
t=400˚C, кДж/кг
t=300˚C, кДж/кг
t=200˚C, кДж/кг
t=100˚C, 
кДж/кг
Энтальпия теоретического объема продуктов сгорания:
, кДж/м3
Топочная камера:
t=2000°C
кДж/кг
t=1800˚C
кДж/кг
t=1600˚C
кДж/кг
t=1200˚C
кДж/кг
t=1100˚C
кДж/кг
t=900˚C
кДж/кг
I котельный пучек:
t=800˚C
кДж/кг
t=700˚C
кДж/кг
t=600˚C
кДж/кг
t=500˚C
кДж/кг
II котельный пучек:
t=500˚C
кДж/кг
t=400˚C
кДж/кг
t=300˚C
кДж/кг
t=200˚C
кДж/кг
Экономайзер:
t=400˚C
кДж/кг
t=300˚C
кДж/кг
t=200˚C
кДж/кг
t=100˚C
кДж/кг
Учет золы:
энтальпию золы не учитываем
| Поверхность нагрева и коэффициент избытка воздуха | Температура продуктов сгорания, ˚С |  , кДж/кг |  , кДж/кг |  кДж/кг |  кДж/кг |
| Топка αт′=1.45 | |||||
| αт″=1.55 | |||||
| I котельный пучек αI′′=1.6 | |||||
| II котельный пучек αII′′=1.7 | |||||
| Экономайзер αэк′′=1.8 | |||||
Конструктивные характеристики котельного агрегата:
| № п.п. | Вид поверхности нагрева | размерность | Расчетная формула | Результат |
| Объем топки | м3 | по чертежу | Vт=13.68 | |
| Полная поверхность стен топки | м2 | пл чертежу | Fc=28.23 | |
| Поверхность стен топки закрытая экранами | м2 | по чертежу | 22.12 | |
| Угловой коэффициент поверхности нагрева | - | Номограмма I (4) (S/d=0.08/0.051=1.57;l=0.8d=0.041) (S2/d=0.11/0.051=2.16;l=0.8d=0.041) | x1=0.86 x2=0.1 x3=0.8 x4=0.77 | |
| Расчетная поверхность нагрева в топке | м2 |  | Fл=19.15 | |
| Расстояние от пода топки до оси выходного окна | м | по чертежу Нт=3060-2750/2 | Нт=1685 | |
| Поверхность нагрева I конвективного пучка | м2 | по чертежу | HкI=55.23 | |
| Сечение для прохода газов I конвективного пучка | м2 | по чертежу | fжсI=1.17 | |
| Поверхность нагрева II конвективного пучка | м2 | по чертежу | НкII=42.99 | |
| Сечение для прохода газов II конвективного пучка | м2 | по чертежу | fжс2=0.75 |