Studying the Operation Modes and the Thermal Design Procedure of a 3 MW Fire-Tube Boiler
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2019-1-43-49Keywords:
shell-type fire tube boiler, three-pass boiler, forced furnace, convective-radiant heat transfer, thermal designAbstract
The article presents the results from studying the fire-tube boiler operation mode and describes the heat transfer processes occurring in it. The boiler design characteristics are given: specifically, the flame tube length and diameter are 3.2 m and 0.926 m, respectively.
An adequate boiler analysis model has been developed, which simulates the heat transfer processes in the boiler using the Boiler Designer software package for computer-aided designing of boilers. The boiler efficiency is 90.92% in firing diesel fuel with a heating value of 42 705 kJ/kg with a flowrate of 0.278 t/h and an excess air factor of 1.37.
Recommendations for carrying out thermal design calculations of the fire-tube boiler and further tasks of its research are given. The results obtained from experimental and theoretical investigations are compared with each other. It is shown that the design calculation of a small-capacity fire-tube boiler cannot be carried out strictly in line with the standard boiler unit thermal design method. In accordance with this method, the temperatures at the furnace and boiler outlets should be equal to 1221°C and 222°C. According to the experimental results, the flame tube and the flue tubes receive a significantly larger amount of heat. According to the recommendations, the furnace outlet temperature should not exceed
1200°C. The boiler test results have shown that the flue gas temperature was 195°C. An assessment of the thermal analysis output data has shown that a convection heat transfer component exists in the flame tube, which accounts for up to 30% of the total heat absorption.
References
1. План ГОЭЛРО. М.: Энергия, 2006.
2. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) / под ред. Н.В. Кузнецова и др. М.: Энергия, 1973.
3. Тепловой расчет котлов (нормативный метод) СПб.: Изд-во НПО ЦКТИ, 1998.
4. Плешанов К.А., Палагин Г.В. Тепловой расчет жаротрубного котла // Информатизация инженерного образования: Труды Междунар. науч.-практ. конф. М.: Изд. дом МЭИ. 2016. С. 394—398.
5. Хаустов С.А., Заворин А.С., Фисенко Р.Н. Численное исследование процессов в жаротрубной топке с реверсивным факелом // Известия Томского политехн. ун-та. 2013. № 4. С. 43—47.
6. ООО «Промышленная группа Рэмэкс» [Офиц. сайт] http://remeks.ru/data/objects/12/files/Kotly_2015s. pdf (дата обращения 25.01.2017).
7. ГОСТ 30375—2001. Котлы отопительные водогрейные теплопроизводительностью от 0,1 до 4,0 МВт.
8. Плешанов К.А., Стерхов К.В., Росляков П.В. Устойчивость естественной циркуляции в контуре вертикального котла-утилизатора с горизонтальным расположением труб испарителя при пуске // Электрические станции. 2016. № 5. С. 21—26.
9. Росляков П.В., Raivo Attikas, Зайченко М.Н., Плешанов К.А., Ионкин И.Л. Исследование возможности раздельного и совместного сжигания эстонских сланцев и ретортного газа на ТЭС // Теплоэнергетика. 2015. № 10. С. 3—15.
10. Супранов В.М., Штегман А.В., Фоменко Е.А. Оценка возможности перевода котлов ТП-14А Кумертауской ТЭЦ на сжигание угля марки Б3 Верхне-Сокурского месторождения // Теплоэнергетика. 2016. № 4. С. 50—59.
11. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. М.: Энергия, 1980.
12. Калинин П.Н., Осипов В.Н., Пак А.Л., Коханский С.М., Ершов А.Ю. Котел-утилизатор Е-293/40,2-14/1,5-560/294 Д для Новогорьковской ТЭЦ.
13. Двойнишников В.А., Князьков В.П., Чубенко Е.С. Расчетная оценка влияния неравномерности температурных и скоростных полей газовой среды на тепловосприятие конвективных поверхностей нагрева котла // Теплоэнергетика. 2005. № 9. С. 24—29.
14. Сафьянц С.М., Боев Ю.А., Сафьянц А.С. Анализ особенностей теплоотдачи в жаротрубных котлах малой мощности // Наукові праці ДонНТУ. Серия «Металургія». 2010. № 12 (177). C. 213—221.
15. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. М.: Энергия, 1976.
16. Двойнишников В.А., Хохлов Д.А. Влияние конструктивных решений растопочной вихревой горелки с центральным подводом среды на формирование условий стабилизации горения пылевоздушной смеси // Теплоэнергетика. 2015. № 4. С. 50—57.
17. Двойнишников В.А., Хохлов Д.А. Конструкция пылеугольной растопочной вихревой горелки и численное исследование ее работоспособности // Теплоэнергетика. 2013. № 6. С. 12—18.
18. Росляков П.В., Морозов И.В., Зайченко М.Н., Сидоркин В.Т. Численные исследования малоэмиссионных горелочных устройств для сжигания полукоксового газа в энергетическом котле // Теплоэнергетика. 2016. № 4. С. 40—49.
---
Для цитирования: Плешанов К.А., Палагин Г.В., Зайченко М.Н., Хохлов Д.А. Исследование режимов работы и методика теплового расчета жаротрубно-дымогарного котла мощностью 3 МВт // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 43—49. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-43-49.
#
1. Plan GOElRO. M.: Energiya, 2006. (in Russian).
2. Teplovoy Raschet Kotel'nykh Agregatov (Normativnyy Metod) / pod red. N.V. Kuznetsova i dr. M.: Energiya, 1973. (in Russian).
3. Teplovoy Raschet Kotlov (Normativnyy Metod). SPb.: Izd-vo NPO TSKTI, 1998. (in Russian).
4. Pleshanov K.A., Palagin G.V. Teplovoy Raschet Zharotrubnogo Kotla. Informatizatsiya Inzhenernogo Obrazovaniya: Trudy Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. M.: Izd. dom MEI. 2016:394—398. (in Russian).
5. Khaustov S.A., Zavorin A.S., Fisenko R.N. Chislennoe Issledovanie Processov v Zharotrubnoy Topke s Reversivnym Fakelom. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un-ta. 2013;4:43—47. (in Russian).
6. OOO «Promyshlennaya Gruppa Remeks» [Ofits. Sayt] http://remeks.ru/data/objects/12/files/Kotly_2015s. pdf (Data Obrashcheniya 25.01.2017). (in Russian).
7. GOST 30375—2001. Kotly Otopitel'nye Vodogreynye Teploproizvoditel'nost'yu ot 0,1 do 4,0 MVt. (in Russian).
8. Pleshanov K.A., Sterkhov K.V., Roslyakov P.V. Ustoychivost' Estestvennoy Tsirkulyacii v Konture Vertikal'nogo Kotla-utilizatora s Gorizontal'nym Raspolozheniem Trub Isparitelya pri Puske. Elektricheskie Stantsii. 2016;5:21—26. (in Russian).
9. Roslyakov P.V., Raivo Attikas, Zaychenko M.N., Pleshanov K.A., Ionkin I.L. Issledovanie Vozmozhnosti Razdel'nogo i Sovmestnogo Szhiganiya Estonskikh Slantsev i Retortnogo Gaza na TES. Teploenergetika. 2015;10:3—15. (in Russian).
10. Supranov V.M., Shtegman A.V., Fomenko E.A. Otsenka vozmozhnosti Perevoda Kotlov TP-14A Kumertauskoy TEC na Szhiganie Uglya Marki B3 Verkhne-Sokurskogo Mestorozhdeniya. Teploenergetika. 2016;4:50—59. (in Russian).
11. Krasnoshchekov E.A., Sukomel A.S. Zadachnik po Teploperedache. M.: Energiya, 1980. (in Russian).
12. Kalinin P.N., Osipov V.N., Pak A.L., Kokhanskiy S.M., Ershov A.Yu. Kotel-utilizator E-293/40,2-14/1,5-560/294 D dlya Novogor'kovskoy TEC. (in Russian).
13. Dvoynishnikov V.A., Knyaz'kov V.P., Chubenko E.S. Raschetnaya Otsenka Vliyaniya Neravnomernosti Temperaturnykh i Skorostnykh Poley Gazovoy Sredy na Teplovospriyatie Konvektivnykh Poverkhnostey Nagreva Kotla. Teploenergetika. 2005;9:24—29. (in Russian).
14. Saf'yants S.M., Boev Yu.A., Saf'yants A.S. Analiz Osobennostey Teplootdachi v Zharotrubnykh Kotlakh Maloy Moshchnosti. Naukovі Pracі DonNTU. Seriya «Metalurgіya». 2010;12 (177). C. 213—221. (in Russian).
15. Khzmalyan D.M., Kagan Ya.A. Teoriya Goreniya i Topochnye Ustroystva. M.: Energiya, 1976. (in Russian).
16. Dvoynishnikov V.A., Khokhlov D.A. Vliyanie Konstruktivnykh Resheniy Rastopochnoy Vikhrevoy Gorelki s Tsentral'nym Podvodom Sredy na Formirovanie Usloviy Stabilizatsii Goreniya Pylevozdushnoy Smesi Teploenergetika. 2015;4:50—57. (in Russian).
17. Dvoynishnikov V.A., Khokhlov D.A. Konstruktsiya Pyleugol'noy Rastopochnoy Vikhrevoy Gorelki i Chislennoe Issledovanie ee Rabotosposobnosti. Teploenergetika. 2013;6:12—18. (in Russian).
18. Roslyakov P.V., Morozov I.V., Zaychenko M.N., Sidorkin V.T. Chislennye Issledovaniya Maloemissionnykh Gorelochnykh Ustroystv dlya Szhiganiya Polukoksovogo Gaza v Energeticheskom Kotle. Teploenergetika. 2016;4:40—49. (in Russian).
---
For citation: Pleshanov K.A., Palagin G.V., Zaichenko M.N., Khokhlov D.A. Studying the Operation Modes and the Thermal Design Procedure of a 3 MW Fire-Tube Boiler. MPEI Vestnik. 2019;1:43—49. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-43-49.
2. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) / под ред. Н.В. Кузнецова и др. М.: Энергия, 1973.
3. Тепловой расчет котлов (нормативный метод) СПб.: Изд-во НПО ЦКТИ, 1998.
4. Плешанов К.А., Палагин Г.В. Тепловой расчет жаротрубного котла // Информатизация инженерного образования: Труды Междунар. науч.-практ. конф. М.: Изд. дом МЭИ. 2016. С. 394—398.
5. Хаустов С.А., Заворин А.С., Фисенко Р.Н. Численное исследование процессов в жаротрубной топке с реверсивным факелом // Известия Томского политехн. ун-та. 2013. № 4. С. 43—47.
6. ООО «Промышленная группа Рэмэкс» [Офиц. сайт] http://remeks.ru/data/objects/12/files/Kotly_2015s. pdf (дата обращения 25.01.2017).
7. ГОСТ 30375—2001. Котлы отопительные водогрейные теплопроизводительностью от 0,1 до 4,0 МВт.
8. Плешанов К.А., Стерхов К.В., Росляков П.В. Устойчивость естественной циркуляции в контуре вертикального котла-утилизатора с горизонтальным расположением труб испарителя при пуске // Электрические станции. 2016. № 5. С. 21—26.
9. Росляков П.В., Raivo Attikas, Зайченко М.Н., Плешанов К.А., Ионкин И.Л. Исследование возможности раздельного и совместного сжигания эстонских сланцев и ретортного газа на ТЭС // Теплоэнергетика. 2015. № 10. С. 3—15.
10. Супранов В.М., Штегман А.В., Фоменко Е.А. Оценка возможности перевода котлов ТП-14А Кумертауской ТЭЦ на сжигание угля марки Б3 Верхне-Сокурского месторождения // Теплоэнергетика. 2016. № 4. С. 50—59.
11. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. М.: Энергия, 1980.
12. Калинин П.Н., Осипов В.Н., Пак А.Л., Коханский С.М., Ершов А.Ю. Котел-утилизатор Е-293/40,2-14/1,5-560/294 Д для Новогорьковской ТЭЦ.
13. Двойнишников В.А., Князьков В.П., Чубенко Е.С. Расчетная оценка влияния неравномерности температурных и скоростных полей газовой среды на тепловосприятие конвективных поверхностей нагрева котла // Теплоэнергетика. 2005. № 9. С. 24—29.
14. Сафьянц С.М., Боев Ю.А., Сафьянц А.С. Анализ особенностей теплоотдачи в жаротрубных котлах малой мощности // Наукові праці ДонНТУ. Серия «Металургія». 2010. № 12 (177). C. 213—221.
15. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. М.: Энергия, 1976.
16. Двойнишников В.А., Хохлов Д.А. Влияние конструктивных решений растопочной вихревой горелки с центральным подводом среды на формирование условий стабилизации горения пылевоздушной смеси // Теплоэнергетика. 2015. № 4. С. 50—57.
17. Двойнишников В.А., Хохлов Д.А. Конструкция пылеугольной растопочной вихревой горелки и численное исследование ее работоспособности // Теплоэнергетика. 2013. № 6. С. 12—18.
18. Росляков П.В., Морозов И.В., Зайченко М.Н., Сидоркин В.Т. Численные исследования малоэмиссионных горелочных устройств для сжигания полукоксового газа в энергетическом котле // Теплоэнергетика. 2016. № 4. С. 40—49.
---
Для цитирования: Плешанов К.А., Палагин Г.В., Зайченко М.Н., Хохлов Д.А. Исследование режимов работы и методика теплового расчета жаротрубно-дымогарного котла мощностью 3 МВт // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 43—49. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-43-49.
#
1. Plan GOElRO. M.: Energiya, 2006. (in Russian).
2. Teplovoy Raschet Kotel'nykh Agregatov (Normativnyy Metod) / pod red. N.V. Kuznetsova i dr. M.: Energiya, 1973. (in Russian).
3. Teplovoy Raschet Kotlov (Normativnyy Metod). SPb.: Izd-vo NPO TSKTI, 1998. (in Russian).
4. Pleshanov K.A., Palagin G.V. Teplovoy Raschet Zharotrubnogo Kotla. Informatizatsiya Inzhenernogo Obrazovaniya: Trudy Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. M.: Izd. dom MEI. 2016:394—398. (in Russian).
5. Khaustov S.A., Zavorin A.S., Fisenko R.N. Chislennoe Issledovanie Processov v Zharotrubnoy Topke s Reversivnym Fakelom. Izvestiya Tomskogo Politekhn. Un-ta. 2013;4:43—47. (in Russian).
6. OOO «Promyshlennaya Gruppa Remeks» [Ofits. Sayt] http://remeks.ru/data/objects/12/files/Kotly_2015s. pdf (Data Obrashcheniya 25.01.2017). (in Russian).
7. GOST 30375—2001. Kotly Otopitel'nye Vodogreynye Teploproizvoditel'nost'yu ot 0,1 do 4,0 MVt. (in Russian).
8. Pleshanov K.A., Sterkhov K.V., Roslyakov P.V. Ustoychivost' Estestvennoy Tsirkulyacii v Konture Vertikal'nogo Kotla-utilizatora s Gorizontal'nym Raspolozheniem Trub Isparitelya pri Puske. Elektricheskie Stantsii. 2016;5:21—26. (in Russian).
9. Roslyakov P.V., Raivo Attikas, Zaychenko M.N., Pleshanov K.A., Ionkin I.L. Issledovanie Vozmozhnosti Razdel'nogo i Sovmestnogo Szhiganiya Estonskikh Slantsev i Retortnogo Gaza na TES. Teploenergetika. 2015;10:3—15. (in Russian).
10. Supranov V.M., Shtegman A.V., Fomenko E.A. Otsenka vozmozhnosti Perevoda Kotlov TP-14A Kumertauskoy TEC na Szhiganie Uglya Marki B3 Verkhne-Sokurskogo Mestorozhdeniya. Teploenergetika. 2016;4:50—59. (in Russian).
11. Krasnoshchekov E.A., Sukomel A.S. Zadachnik po Teploperedache. M.: Energiya, 1980. (in Russian).
12. Kalinin P.N., Osipov V.N., Pak A.L., Kokhanskiy S.M., Ershov A.Yu. Kotel-utilizator E-293/40,2-14/1,5-560/294 D dlya Novogor'kovskoy TEC. (in Russian).
13. Dvoynishnikov V.A., Knyaz'kov V.P., Chubenko E.S. Raschetnaya Otsenka Vliyaniya Neravnomernosti Temperaturnykh i Skorostnykh Poley Gazovoy Sredy na Teplovospriyatie Konvektivnykh Poverkhnostey Nagreva Kotla. Teploenergetika. 2005;9:24—29. (in Russian).
14. Saf'yants S.M., Boev Yu.A., Saf'yants A.S. Analiz Osobennostey Teplootdachi v Zharotrubnykh Kotlakh Maloy Moshchnosti. Naukovі Pracі DonNTU. Seriya «Metalurgіya». 2010;12 (177). C. 213—221. (in Russian).
15. Khzmalyan D.M., Kagan Ya.A. Teoriya Goreniya i Topochnye Ustroystva. M.: Energiya, 1976. (in Russian).
16. Dvoynishnikov V.A., Khokhlov D.A. Vliyanie Konstruktivnykh Resheniy Rastopochnoy Vikhrevoy Gorelki s Tsentral'nym Podvodom Sredy na Formirovanie Usloviy Stabilizatsii Goreniya Pylevozdushnoy Smesi Teploenergetika. 2015;4:50—57. (in Russian).
17. Dvoynishnikov V.A., Khokhlov D.A. Konstruktsiya Pyleugol'noy Rastopochnoy Vikhrevoy Gorelki i Chislennoe Issledovanie ee Rabotosposobnosti. Teploenergetika. 2013;6:12—18. (in Russian).
18. Roslyakov P.V., Morozov I.V., Zaychenko M.N., Sidorkin V.T. Chislennye Issledovaniya Maloemissionnykh Gorelochnykh Ustroystv dlya Szhiganiya Polukoksovogo Gaza v Energeticheskom Kotle. Teploenergetika. 2016;4:40—49. (in Russian).
---
For citation: Pleshanov K.A., Palagin G.V., Zaichenko M.N., Khokhlov D.A. Studying the Operation Modes and the Thermal Design Procedure of a 3 MW Fire-Tube Boiler. MPEI Vestnik. 2019;1:43—49. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-43-49.
Downloads
Published
2018-02-07
Issue
Section
Thermal Power Stations, Their Power Systems and Units (05.14.14)
