2.6 Зразок титульного аркуша

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Херсонська державна морська академія

Кафедра експлуатації суднових енергетичних установок

Та загальноінженерної підготовки

Курсовий проект (робота)

з дисципліни «Суднові парові котли та їх технічна експлуатація»

Виконав ІВАНОВ І.І.

курсант (студент) групи 231

Перевірив

к.т.н., доц. ПЕТРОВ П. П

Херсон – 2012р.

3. Методичні рекомендації по виконанню курсового проекту (роботи)

3.1 Вступ

У підвищенні якості підготовки фахівців важливу роль грає інтенсифікація навчального процесу, і передусім самостійної роботи студентів. Більшого значення набувають активні методи навчання (ділові ігри, рішення ситуаційних завдань, широке впровадження обчислювальної техніки і т.п.). В той же час вимагають вдосконалення і традиційні методи навчання, зокрема курсове (дипломне) проектування, яке повинне відповідати сучасному рівню і тенденціям розвитку техніки.

В навчальних планах по дисципліні "Суднові парові котли та їх технічна експлуатація" передбачено виконання курсового проекту і курсової роботи. Крім того, питання проектування і аналізу роботи сучасних котлів (головних, допоміжних і утилізацій) знаходять широке віддзеркалення при розробці дипломних проектів фахівців, атестаційних робіт бакалаврів і магістрів.

Методичні рекомендації призначені для студентів заочних відділень вищеперелічених спеціальностей, але можуть бути корисними і для курсантів денної форми навчання.

При виконанні розрахунків парових котлів і котлів, що використовують органічний теплоносій, рекомендується користуватися наступною літературою [2, 8, 17].

При виконанні розрахунків утилізаційних котлів, рекомендується додатково використовувати посібник [13].

3.2 Складання попереднього теплового балансу

Тепловий баланс складається стосовно сталого теплового стану парового котла. Розрахунок проводиться відносно 1 кг палива.

При спалюванні органічного палива в топці котла відбувається перетворення хімічної енергії палива в теплову енергію продуктів згорання. Основна частина теплоти (80…90 %), що виділилася, передається робочому тілу (воді, парі, повітрю). Частина теплоти, у вигляді різного виду втрат, при цьому втрачається. На рис. 1, як приклад, показано розподіли теплових потоків в котлі шахтного типу.

Рисунок 1 – Схема розподілу теплових потоків по поверхнях нагріву котла шахтного типу: 1,1¹ – вихід насиченої пари з парового барабана і вхід його в основний пароперегрівач, відповідно; 2, 2¹ – вихід пари з першої секції пароперегрівача і вхід пари в пароохолоджувач, відповідно; 3,3¹ – вихід пари з пароохолоджувача і вхід в другу секцію пароперегрівача, відповідно; 4 – вихід перегрітої пари з пароперегрівача до турбіни високого тиску; 5 – вихід пари з проміжного пароперегрівача до турбіни середнього тиску (ТСД); 6 – вхід пари після ТВД у вторинний пароперегрівач; 7 – вхід живильної води в економайзер.

При сталому режимі роботи баланс теплових потоків робочої речовини і енергії для котла можна записати так:

D_прих-D-D_пот = 0;

рівняння збереження енергії

Q_прих-Q-Q_пот = 0,

де D_прих, Q_прих – кількості речовини (наприклад, води), що поступила, і енергії (теплоти); D, Q – кількості корисно перетвореної речовини (отриманої пари) і енергії (теплоти пари); D_пот, Q_пот – кількості втрати речовини і енергії.

Тепловий баланс котла є рівністю

Q_р.р=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q_5,

що встановлює кількісну залежність між приходом Q_pр і витратою Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ теплоти в паровому котлі. Ліва частина рівняння теплового балансу є сумою

Q_р.н+ΔQ_г.в+ΔQ_г.т.+Q_ф,

де Q_р.н – нижча теплота згорання робочої маси палива, кДж/кг;

ΔQ_г.в – теплота, отримана повітрям у повітропідігрівачі і внесена в топку, кДж/кг;

ΔQ_г.т – теплота, отримана паливом в підігрівачі палива і внесена в топку, кДж/кг;

Q_ф – теплота, внесена в топку парою, при паровому розпиленні палива, кДж/кг.

При складанні теплового балансу котла необхідно з'ясувати, яке джерело теплоти використовується для підігрівання палива і повітря. Якщо паливо і повітря підігріваються парою відбору турбіни, насиченою парою або будь-яким іншим теплом, яке не використане в силовій установці, то ліва частина рівняння теплового балансу дорівнює сумі

Q_р.н+ΔQ_г.в+ΔQ_г.т+Q_ф.

Якщо підігрівавання палива проводиться теплом зовнішнього джерела, а повітря підігрівається за рахунок утилізації тепла відпрацьованих газів, в газовому повітропідігрівачі, то ліва частина балансу дорівнює сумі Q_р.н+ΔQ_г.т+Q_ф. Складова ΔQ_г.в виключається, оскільки кількість теплоти, внесена повітрям в топку (у лівій, прибутковій частині рівняння теплового балансу), дорівнює кількості теплоти, отриманому повітрям від газів у повітропідігрівачі (у правій частині рівняння теплового балансу).

У сучасних суднових котлах використовуються, як правило, сорти палив, що вимагають підігрівання. Оскільки підігрівання проводиться на усіх навантаженнях парового котла і, як правило, теплом зовнішнього джерела, то ΔQ_г.т в лівій частині рівняння враховується при розрахунках для усіх навантажень котла.

Теплота, внесена в топку парою розпилення, враховується тільки при роботі котла (з паромеханічними форсунками) на часткових навантаженнях.

Кількість теплоти, внесена парою розпилення, кДж/кг, визначається по формулі

Q_ф=G_ф(i_ф-2500)

де i_ф – ентальпія пари розпилення, кДж/кг;

2500 – кількість теплоти, необхідна для випару 1 кг води при атмосферному тиску (віднімається з ентальпії пари розпилення, оскільки пара йде з газами з котла при температурі вище за температуру конденсації);

G_ф – кількість пари, що витрачається на розпилення 1 кг палива на даному режимі роботи форсунки, кг пари/кг палива; значення G_ф визначається по наближеній залежності, складеній по рекомендаціях, приведених в роботі [2]:

G_ф = 0,3(1-В_ч/В_н)

де В_ч і В_н – витрати палива через форсунки на їх часткових і номінальних навантаженнях.

Визначення нижчої теплоти згорання Q_гн, кДж/кг по елементарному складу горючої маси палива проводиться по формулі Менделєєва

Q_г.н = 339С^г + 1030Н^г + 109(S^r - О^г)

де С^г, Н^г, S^г та О^г – відсотковий вміст вуглецю, водню, сірки і кисню в паливі, відповідно.

Якщо елементарний склад або нижча теплота згорання палива визначені по довіднику, то необхідно звертати увагу, для якої маси палива приведені дані. Якщо дані приведені для сухої або робочої маси, то для отримання Q_г.н, С^г, Н^г, S^г та О^г довідкові значения необхідно помножити на відповідний коефіцієнт перерахунку. Перерахунок сухої маси в горючу отримують множенням даних для сухої маси на коефіцієнт 100/(100-А^с), перехід з робочої на горючу масу – множенням на 100/(100-А^р-W^р). Визначення Q_г.в, Q_х.в, Q_г.т та Q_x.в дано в таблиці 4. [2]. Права, розхідна частина рівняння теплового балансу котла є сумою розхідних частин тепла:

Q₁ + Q₂ + Q₃ ⁺ Q₄ ⁺ Q₅ ,

де Q₁ – корисно використане тепло на підігрівання і випар води і на перегрівання пари, кДж/кг;

Q₂ – втрата тепла з відпрацьованими газами, що залежить від елементарного складу палива, температури відпрацьованих газів, і коефіцієнта надлишку повітря, кДж/кг;

Q₃ – втрата тепла від хімічного недопалення, кДж/кг. Її значення вибирається на підставі аналізу результатів теплотехнічних випробувань парових котлів, аналогічних розрахунковому. Для головних суднових парових котлів Q₃ вибирається в межах 0,2..0,8 %*, залежно від навантаження котла і якості організації паливних процесів;

Q₄ – втрата тепла від механічного недопалення, кДж/кг. Визначається тільки в котлах, що працюють на твердому паливі. У парових котлах, що працюють на рідкому паливі, Q₄ приймають рівним нулю;

Q₅ – втрата тепла в довкілля, кДж/кг (через корпус-ізоляцію-обшивку парового котла); для головних суднових парових котлів залежно від номінальної паропродуктивності Q₅ вибирають в межах 0,5…2,0 %. З достатньою для практичних розрахунків точністю Q₅, якщо відома витрата пари, можна визначити по формулі

Q₅ = 3,84D^0,5_н /D_ч10²

або

Q₅=1,03B^0,5_н /B_чη_к 10²

складеною на основі узагальнення експериментальних даних. У формулах D_ч, D_н та В_ч, В_н – часткова і номінальна паропродуктивності котла, кг/с, відповідні і частковій і номінальній витраті палива.

При виконанні перевірочно-конструктивного розрахунку котла, як правило, задають: паропродуктивність, параметри пари і живильної води, коефіцієнт корисної дії або температуру відпрацьованих газів, а також елементарний склад палива, вологість і коефіцієнт надлишку повітря. Вказується і тип котла.

Якщо замість паропродуктивності задана поверхня нагріву парового котла, то паропродуктивність визначають по питомому парозйому з поверхонь нагріву. Питомий парозйом залежить від питомого теплового навантаження поверхонь нагріву. Орієнтовне теплове навантаження екранних поверхонь ≈ 250 кВт/м², конвективних: першого пучка ≈ 46 кВт/м², другого пучка ≈ 9,3 кВт/м². Приведені питомі теплові навантаження приблизно відповідають напрузі топочного об'єму q_V =1000 кВт/м² і швидкості газів в конвективних поверхнях – 6…8 м/с.

Якщо питоме навантаження паливного об'єму парового котла, що розраховується, відрізняється від приведеної вище, то відповідно зменшують або збільшують питоме теплове навантаження його екранних поверхонь. Значення теплового навантаження конвективних поверхонь можна прийняти такими ж.

Якщо заданий коефіцієнт корисної дії парового котла, то, задавшись втратами в довкілля і від хімічного недопалення, визначають втрату з відпрацьованими газами, а по її значению – температуру відпрацьованих газів.

Якщо задана температура відпрацьованих газів t_ух.г, то по діаграмі I - t по t_ух.г визначають ентальпію відпрацьованих газів I_ух.г, кДж/кг, потім по формулі

Q₂ = I_ух.г – Q_х.в – Q_х.т

визначають втрату тепла з відпрацьованими газами. Питома втрата тепла з відпрацьованими газами, у відсотках визначається по формулі

q₂ = Q₂ /Q_р.р 100

При заданих температурі відпрацьованих газів, і ККД котла вибирають, виходячи з приведених вище рекомендацій, втрати від хімічного недопалення і в довкілля. При цьому сума η_к + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ має бути рівною 100 %.

Послідовність розрахунку попереднього теплового балансу парового котла див. табл.4. [2].