Министерство Науки и ОбразованияРеспублики Молдова
Технический Университет Молдовы
Кафедра “ПАТХЗ”
Курсовой проект
по дисциплине”OUIA”
Тема:Проект стационарно-электрическогокотла
ёмкостью 190 литров
Выполнил: студент группы TCr-032
Антонов Сергей
Проверил: доцент
ДятловА.Д.
Кишинёв 2006г.
Содержание:
Введение:
1 Техническоеописание проектируемого котла: устройство.
1.2 Двойной предохранительный клапан.
1.2.1Клапан давления.
1.2.2Вакуумный клапан.
1.2.3Воздушный клапан.
1.3 Наполнительная воронка.
1.4 Кран уровня.
1.5 Клапан – турбинка.
2 Правила безопасности и эксплуатации.
Теплотехническиеи эксплуатационные показания работы
пищеварочныхкотлов.
3.а Тепловойрасчёт котла.
3.1 Тепловой баланс котла.
3.2 Расход тепла на нагрев конструкциикотла.
3.3 Расход тепла на парообразование.
3.4 Расход тепла на испарение содержимогокотла.
3.5 Определение потери тепла в окружающуюсреду.
3.6 Потери тепла шейкой котла в окружающуюсреду.
3.7 Потери тепла крышкой котла.
3.8 Потери тепла кожухом постамента ипарогенератором котла.
3.б Расчёттрубчатых нагревательных элементов котла.
4. Спецификация.
5. Литература.
Введение.
Пищеварочные котлы относятсяк пищеварочным аппаратам.
Для варки каш, соусов, овощей, первых, вторыхи сладких блюд, для варки
мяса и бульонов применяютсяпищеварочные котлы.
По конструкционному оформлению различаютследующие виды пищеварочных котлов:
1) неподвижные
2) опрокидывающиеся
3) передвижные
Пищеварочные котлы могут иметьнепосредственный и косный обогрев, и работать на любом виде энергоносителя. Внастоящее время выпускаются для предприятий только газовые и электрическиекотлы с косвенным обог-
ревом.
Варочные сосуды пищеварочных котлов имеютвертикальные боковые стен-
ки и круглое илипрямоугольное поперечное сечение.
Днища варочных сосудов могут бытьплоскими, выпуклыми или вогнутыми.
Сосуды круглого поперечногосечения характеризуется диаметром D,высо-
той Ни высотой стенки h, а сосуды споперечными прямоугольными сечени-
ями длиной А, шириной B,высотой Н и высотой стенки h.
1. Техническое описание проектируемого котла: устройство.
Котёл состоит из варочного сосуда, наружногокотла, пространство между которыми образует пароводяную рубашку.
Наружный котёл покрыт теплоизоляцией, поверхкоторой закреплён кожух,
выполненный из стальныхлистов, покрытых светлой эмалью. Котёл снабжён
откидной крышкой.
В нижней части варочного сосуда размещёнсливной патрубок с краном, защи-
щённым сеткой от засорения.Котёл снабжён указывающей и предохранительной арматурой: манометромэлектроконтактным краном уровня, наполнительной во — ронкой, двойнымпредохранительным клапаном, продувочным краном ( паровые )
и клапаном-турбинкой ( котлынеподвижные с герметически закрывающейся кры- шкой)
1.2 Двойной предохранительный клапан состоит из клапанадавления и вакуумно-
го клапана.
1.2.1 Клапан давления(паровой клапан) находится в верхней части корпуса и при- жимается грузом кседлу. Он служит для предохранения пароводяной рубашки от
повышения в ней давлениясверх максимально допустимого. Масса груза рассчита-
на на максимально допустимое давленияпара в рубашке котла. В случае повыше-
ния его сверх допустимой величиныдавление пара преодолевает давление груза и
приподнимает клапан надседлом, при этом пар выходит в атмосферу.
1.2.2 Вакуумный клапанрасположен в нижней части корпуса двойного клапана. Он
Свободно лежит на седле иоткрывается при возникновении в рубашке котла вакуу-
ма. Вакуум образуется приохлаждении котла, в результате конденсации пара, так как удельный объёмпоследнего больше удельного объёма воды (конденсата). Поэ-
тому конденсат занимает лишьнебольшую часть пароводяной рубашки.
Клапан давления в процессе эксплуатациисрабатывает редко. Это происходит, например, в тех случаях, когда по каким-либопричинам отказана автоматика регу-
лирования теплового режима вгазовых и электрических котлах, вышел из строя ре-
дукционный клапан напаропроводе, подающем пар в паровую рубашку парового котла, а также приповышении давления при работе твердотопливного котла. Пос -
кольку перечисленныенарушения встречаются редко, клапан давления может в процессе длительнойэксплуатации прикипеть к седлу и в нужный момент не сра –
ботать. Во избежание этого впоследних конструкциях двойных предохранитель – ных клапанов предусмотрен рычагподрыва с помощью которого следует периоди- чески поднимать клапан над седлом.
Для этого рукоятку рычага необходимоповернуть вокруг своей оси, в результате чего, с помощью толкателя и вакуумного клапана поднимаетсяклапан давления.
После того как рукояткарычага будет спущена, толкатель под действием пружины перемещается в нижнее, арычаг в исходное положение. При этом вакуумный кла –
пан под действием собственноймассы и массы груза сядут на свои сёдла.
1.2.3 В корпусе двойного предохранительного клапана, кроме клапана давления и вакуумного клапана, расположен воздушный клапан. Он находится в торцевойчасти корпуса и служит для выпуска воздуха из пароводяной рубашки котла в период его разогрева. Воздушный клапан закрывается и открывается вручную — поворо-
том рукоятки-барашка. Приповороте барашка по часовой стрелке, винт на котором
он насажен, переворачиваетсявправо, в результате чего клапан через прокладку за-
крывает отверстие в корпуседвойного предохранительного клапана. При повороте
барашка в обратную сторону,винт перемещается влево. Между торцом хвостика воздушного и отверстием в винте барашкаобразуется зазор, который даёт возмож-
ность клапану под давлением пара,создаваемым в пароводяной рубашке, отойти от
седла, при этом воздух можетвыйти через специальное отверстие.
1.3 Наполнительная воронкаслужит для заполнения парогенератора водой и выпуска воздуха из пароводянойрубашки в начале работы котла (у котлов, предох-
ранительный клапан, которыхне имеет воздушного клапана ). Наполнительная во - ронка снабжена запорным краном, фильтрующейсеткой и крышкой.
1.4 Кран уровня установлен впароводяной рубашке котла на высоте предельно до-
пустимого уровня воды ислужит для контроля количества воды в парогенераторе
котла.
1.5 Клапан-турбинкарасположен на герметически закрывающейся крышке непод – вижных котлов,работающих с небольшим избыточным давлением в варочном со-
суде. Клапан-турбинка состоитиз корпуса, шпинделя с кольцом и клапаном с вин-
товыми канавками (турбинки).Предназначен он для предохранения варочного сосу да от повышения давления сверх2,5 кПа и для отвода паров кипения, при повыше- нии давления в варочном сосудеклапан поднимается и пар по винтовым канавкам через отверстия в корпусепроходит в пароотвод; турбинка при этом приводится во вращательноедвижение, чтобы предупредить засорение турбинки, под ней на внут-ренней стороне крышкиукреплён отражатель.
Для того, чтобы шпиндель с клапаном приповышении давления в варочном сосу -де не вылетел из корпуса, в последнемустановлено ограничительное кольцо, удерживаемое фиксатором.
Неподвижные котлы вместительностью 100 дм3и более выпускаются как с герме-
тически закрывающейся, так исо свободно лежащей крышкой; в варочном сосуде
последних не создаётсяизбыточного давления. На крышках этих котлов клапан-тур
бинка отсутствует.
Работа котла заключается в том, что приподводе тепла в парогенераторе нагрева — ется до кипения и превращается в пар.Пар поступает в пароводяную рубашку и ко-
нденсируется на стенкахварочного сосуда, отдавая теплоту парообразования и наг-
рева их, конденсат стекаетобратно в парогенератор. Электрические котлы имеют автоматику теплового режимаработы аппарата и снабжены автоматической защи — той от “ сухого холода “.
2. Правило эксплуатации и техника безопасности.
Перед пуском котла проверяют наличие воды впароводяной рубашке, для чего от-
крывают кран уровня. Если изкрана не вытекает вода, то в парогенератор добавля- ют кипячённую воду, открывкран наполнителем воронки. После появления из кра- на воды заполнениепароводяной рубашки прекращают. При использовании кипя –
чённой воды на стенках котлаобразуется накипь, которая ухудшает теплопередачу,
удлиняет сроки варкипродуктов и ускоряет выход котла из строя. В электрических котлах накипьоткладывается на тэнах, сокращая срок их службы.
Наличие воздуха в рубашке котла снижаеткоэффициент теплоотдачи от парово –
дяной смеси к стенкеварочного сосуда и увеличивает время его разогрева. Перед пуском котла сгерметически закрывающейся крышкой проверяют положение вен –
теля на пароотводе (вентильдолжен быть открыт).
Варочный котёл заполняют продуктами так,чтобы уровень жидкости в нём не до- ходил 8-12 см. до верхней кромкикотла. У неподвижных котлов с герметически за- крывающейся крышкой во избежаниееё перекоса и срыва резьбы болтов, послед –
ние завинчивают в два приёма:сначала до соприкосновения их с крышкой, затем до
отказа. Отвинчивать болты также нужно в два приёма: сначала ослабить их, а затем
полностью отвинтить их.
Если в процессе работы котла необходимооткрыть герметически закрытую крыш-
ку, следует примерно за 5минут прекратить подвод к нему теплоты. Далее надо от-
ключить электрические котлыот электросети. После этого, поднять за кольцо кла –
пан-турбинку, необходимовыпустить избыточный пар из варочного сосуда в паро-
отвод, а затем, отвинтив иоткинув болты открыть крышку котла.
После выгрузки варочный котёл промываютслабым раствором соды, причем твёр- дые осадки пищи удаляют через край, а воду-через сливной кран (у неподвижных
котлов). Промытый котёлоставляют открытым до полной просушки. С внешней стороны его протирают мягкойтканью.
Пароотвод промывают, для чего закрывают нанём вентиль, соединяющий пароот- вод с патрубком для слива в канализацию, иоткрывают вентиль с надписью “ про –
мывка “.
В процессе эксплуатации надо следить за тем,чтобы в клапане-турбинке, пароот –
воде и сливном кране нескапливались остатки пищи.
Перед включением электрического котланеобходимо проверить надёжность сое-
динения его корпуса с защемляющимконтуром. Медленный разогрев котла может происходить из-за выхода из строяодного или нескольких тэнов.
После закипания содержимого котла, паровойвентиль поворачивают на несколь- ко оборотов по часовой стрелке, уменьшаярасход пара, с тем, чтобы в котле поде- рживалось слабое кипение.
В процессе эксплуатации периодическипроверяют исправность работы конденса-
тороотвода. Для этогооткрывают продувочный кран.Если через него вытекает кон-
денсат, значит, клапан конденсатоотводчиказасорился.
Если котёл не нагревается, то этосвидетельствует о прекращении подачи пара или
скопления конденсата впаровой рубашке. При засорении конденсатоотводчика из него вынимают пробку дляпродувки и прочищают горшок. Медленный разогрев котла может свидетельствовать оналичии воздуха в рубашке.
При техническом обслуживании механик долженосмотреть котёл, а затем прове — рить в работе. До включения котла следуетпроверить герметичность всей запорной
арматуры.
При неисправности вентилей и крановнеобходимо заменить прокладки вентилей и подтянуть пробки кранов.
Для проверки работы предохранительногоклапана стрелку на электроконтактном манометре, задающую максимальное давление,устанавливают на давлении 50 кПа.
Клапан не должен пропускатьпар при давлении в рубашке менее 40 кПа. Рукоятка-
барашек воздушного клапанадолжна легко вращаться, открывая и плотно закрывая
отверстие для выпуска изпароводяной рубашки. Для проверки автоматики регулирования, стрелку, задающуюмаксимальное давление, устанавливают на давлении 25 кПа, а задающую минимальноедавление на 15 кПа. В процессе работы
электроконтактный манометр должен переключаться на минимальную мощность по достижении впароводяной рубашке максимальное давление до минимального.
Во время работы котла механикпроверяет исправность уплотнений крышек котла и парогенератора. Если, из подгерметически закрывающейся крышки котла выхо –
дит пар, значит необходимозаменить резиновую прокладку. При подтекании воды через крышку парогенератораменяют уплотнительную прокладку. Шток противо –
веса крышки при каждом механическомобслуживании смазывают солидолом.
Для проверки в электрических котлах работыавтоматической защиты от “сухого
холода” открывают крануровня, в результате после слива некоторого количества воды (50%) нагревателидолжны автоматически отключиться. Если при заполнении водой пароводяной рубашкитэны котла не выключаются, необходимо последова –
тельно проверить катушки,реле и электроды системы автоматической защиты “су- хого холода” и в случаеобнаружения неисправности элемента схемы заменить его.
При медленном нагреве котла необходимопроверить не пригорели ли предохрани- тели на одной из фаз, или один из тэнов.
2.1 Теплотехнические и эксплуатационные показателиработы пищеварочных котлов.
Тепломеханические и эксплуатационныепоказатели могут быть улучшены, если
усовершенствовать ихконструкцию.
Основные характеристики работы котлов определяютсяпо тепловому балансу. Для котлов, как аппаратов периодического действиятепловой баланс составляется на период их разогрева и период варки. Работакотлов состоит из двух стадий:
А) Нагрев содержимого котладо t0кипенияжидкости.
Б) Варка, когда содержимоедоводится до готовности.
Тепловой расчёт котла.
Исходные данные.
Полезная ёмкость котла – 190 л.
Диаметр наружного кожуха (от наружных стенок)равен, Dзк=721мм.
Диаметр наружного котла (от внутренних стенок)Dнк=700мм.
Диаметр внутреннего котла (от внутреннихстенок) Dвк=640мм.
Высота постамента Нп = 250 мм.
Расчётная высота наружного котла, Ннк=750мм.
Высота кожуха Нзк = 715мм.
Высота внутреннего котла Нвк=530мм.
Толщина стенки внутреннего котла = 4мм.
Толщина стенки кожуха котла = 2мм.
Толщина стенки наружного котла = 4мм.
Рабочее давление котла в пароводяной рубашке= 0,5 атм.
Изоляция теплоизолирующего кожуха –альфольшлаковата
3.1 Тепловой баланс котла.Тепло, выделенное тэнами, расходуется на следующие статьи:
Q= Q1+ Q2+ Q3+Q4+Q5
Где, Q1– теплоидущее на разогрев воды во внутреннем котле;
Q2– тепло,израсходованное на нагревание конструкций котла;
Q3 – тепло,расходуемое на парообразование в пароводяной рубашке;
Q4– тепло, расходуемое на испарение воды – содержимоекотла;
Q5– потеритепла наружными поверхностями котла в окружающую среду.
Q1= CG(tк-tн) = 1 ∙190 (100 – 5) = 18050 ккал.
где С- теплоёмкость воды = 1ккалкгС
G– ёмкость котла = 190л.
tки tн=конечная и начальная температура воды, залитой в котёл.
3.2 Расход тепла на нагревконструкции котла.
Q2= Q2м+ Q2из
Где Q2м– тепло идущее на нагрев металла
Q2из — тепло, расходуемое на нагрев изоляции кожуха.
Q2м= С1∙ G1 (tk∙tн)
Q2из = С2∙G2(tk∙tн)
Где, С1 – 0,12ккалкг С – теплоёмкость металлоконструкции котла.
G2– 190 –вес металлоконструкции котла.
tк– 1000С – средняя температура нагреваметаллоконструкции котла.
tн– 200С– начальная температура нагрева металлоконструкции котла.
Q2м= 0,12∙ 190 (100-20) = 22,8 ∙ 80 = 1824 ккал.
3.3 Определяем расход теплана нагревание изоляции.
Q2из= С2∙G2(tk∙tн) = 0.05 ∙ 2 (75 – 20) = 2,75 ккал.
tк= = 75 0С.
tвн –температура частей изоляции, касающихся наружного котла.
tкож — температура частей изоляции, касающихся наружногокожуха.
С = 0,05 ккалкг 0С– коэффициент теплоёмкости аппарата.
tн= 200С – начальная температура альфоли,равная температуре окружающей среды
Тепло, израсходованное на разогрев конструкциикотла.
Q2 = Q2м+ Q2из= 1824+ 2,75 = 1826,75 ккал.
Q2из– весальфоли = 2 кг.
3.4 Расход тепла на испарениесодержимого котла.
а) В процессе разогреваколичество б) Впроцессе варки количество
испарившейся водыпринимаем испарившейся воды принимаем
по опытным данным,равным0,5% поопытным данным, равным0,5%
от веса воды в котле. от веса воды в котле.
Мисп = Мкип=
3.5 Определение потери теплав окружающую среду.
Потери происходят с боковойповерхности кожуха, не изолированной крышки котла, крышки дна котла ипарогенератора.
Отдача тепла воздухупроисходит конвекцией и лучеиспусканием.
— средняя расчётнаятемпература кожуха, которая в начале равна
200С, а в моменткипения 500с.
Перепад температур принагревании равен:
и при кипении
Коэффициент теплоотдачилучеиспусканием:
где, С = 4,9 коэффициентпропорциональности.
Е = 0,88 коэффициент чернотыэмалированной стали.
tст– температура стенки кожуха 0С.
tв — температура окружающего воздуха,0С.
Коэффициент теплоотдачиконвекцией
Средняя температура воздуха,омывающего кожух котла
Из таблицы 35 [٨∙4]имеем: коэффициент теплопроводности для воздуха
λ= 2,28 ∙ 10-2ккалм ∙ ч 0С, при t=27,50C, а при температуре 350С λ = 2,25∙ 10-2 ккалм ∙ ч 0С. Соответственнокоэффициент кинематической вязкости для первой
температуры равен γ =16,3 ∙ 10-6 м2с, а для второй — γ = 17,6∙ 10-6 м2с.
Для определения коэффициентатеплоотдачи конвекцией необходимо знать вели-
чины критериев Прандтля,Грасгофа, Нуссельта.
Критерий Прандтля(P۳) являетсябезразмерным физическим параметром теплоно- сителя.
Для t= 25 – 350Cможно принять P۳= 0,722.
Критерий Грасгофа (G۳) является критериемкинематического подобия для процессов теплоотдачи, при свободном движении воздуха.
Критерий Нуссельта (Nu) содержитискомую величину коэффициента теплоотдачи и является критерием тепловогоподобия.
G۳=
где, g= 9,81 м сек2 – ускорение силы тяжести;
β= — коэффициентобъёмного расширения воздуха 10С
∆t= tст– tв– разность tстенки воздуха и кожуха,0С.
d3= D3зк= 0,7103– наружный диаметр кожуха котла, м.
Для определения коэффициентатеплоотдачи конвекцией определяем критерий Нуссельта:
Nu = C ∙ (p ∙ Cr) n
где, С = 0,135; n= 13 – коэффициент пропорциональности и показательстепени, принимаются по Л-4.
Nuнагр=0,135
Nuкип= 0,135
Коэффициент отдачи тепла конвекциейбудет равен:
2ч ∙ 0С
2ч ∙ 0С
Потери тепла в окружающую среду кожухом.
3.6 Потеря тепла шейкой котлав окружающую среду.
Боковая поверхность шейкикотла и боковой части крышки равна:
Fш= 0,84 м2
За период нагревания откомнатной температуры до кипения tшейки всреднем бу-
дет равна:
0С.
Период температуры междутемпературой шейки и воздуха в первом случае равен-- ∆t= 60 — 20 = 400С, а в период кипения — ∆t= 100 — 20 = 800С.
Расчётная температуравоздуха, омывающего шейку котла, равна в период нагрева-
ния:
Коэффициент теплоотдачилучеиспускания от шейки котла:
Коэффициент теплоотдачиконвекции от шейки котла.
При нагревании шейки λ =2,28 ∙ 10-2 ккалм ∙ ч ∙ 0С
γ= 17,6 ∙ 10-6м2с, а критерий Прандтля Pr= 0,722, β = 31
При кипении указанныевеличины будут соответственно равны:
λ = 2,41 ∙ 10-2ккалм ч 0С
γ = 19,6 ∙ 10-6м2сек
β = Pr=0,722.
Потери тепла от шейки котлалучеиспусканием:
Потери тепла от шейки котлаконвекцией:
Потери тепла в окружающуюсреду:
3.7 Потери тепла крышкойкотла:
Поверхность Дзккрышки:
По опытным данным tкрышкипри кипении содержимого равна 950С, в период наг-
ревания tвозрослас 200Cдо 950С. Среднюю tможно принять равнойполовине су-
ммы этих температур
Перепад температуры между tкрышкии воздуха равен
Счётная tвоздуха, омывающая крышку, равна
Для периода кипения перепадтемпературы
Определим коэффициенттеплоотдачи лучеиспусканием от крышки:
Определяем коэффициенттеплоотдачи конвекции от крышки. При нагревании име-
ем:
λ= 2,28 ∙ 10-2ккалм ч С, γ = 17,6 ∙ 10-6м2сек
Pr= 0,722; β = -2,
γ= 19,6 ∙ 10-6; β = Pr=0,722.
Определяем потери теплакрышкой лучеиспусканием:
Определяем потери теплакрышкойконвекции теплообмена:
Потери тепла в окружающуюсреду крышкой:
3.8 Потери теплакожухом постамента и парогенератором котла.
Боковая поверхностьпостамента:
Fn=3,14 ∙ Дn∙ Hn= 3,14∙ 1,2 ∙ 0,25 = 0,94
Поверхность дна ипарогенератора котла.
Fd=
Ввиду быстрого нагревания воды впарогенераторе, нагревание постамента счи -таем происходящим быстро, поэтомуведём один общий расчёт для разогревания и кипения:
Температура стенки парогенератора и нижнейчасти котла принимается равной
tn= 1080C
Перепад температуры междутемпературой стенки и воздуха, равен
Коэффициент лучеиспусканияпар