1.3.1. Общая схема, материальный, тепловой и эксергетический балансы котельной установки

1.3.1. Общая схема, материальный, тепловой и эксергетический балансы котельной установки

[1], с. 5,10...32; [2]. с. 12...16,52...56

Характеристика и общие технологические схемы котельных установок промпредприятий. Схемы и основные процессы производства пара, воды и других теплоносителей в котлах.

Общее уравнение теплового баланса. Располагаемая и полезно затраченная теплота. Потери теплоты и их определение. Тепловой КПД котла. Самопотребление энергии и энергетический КПД котельной установки. Эксергетический баланс и эксергетический КПД котла.

Вопросы дли самопроверки

====================================================================

1. Приведите технологическую схему котельной установки, работающей на органическом топливе, дайте ее характеристику.

_____________________________________________________________________________

Потребители

Пар (горячая вода)

Органическое Газообразные

топливо продукты сгорания

Котёл

Окислитель Твёрдые (жидкие)

минеральные остатки

Вода

Автономная котельная установка промышленного предприя­тия:

на органическом топливе.

Для производства водяного пара обычно используются обрабо­танная природная вода и конденсат от паротурбинных агрегатов и технологических установок.

Твёрдое топливо транспортными механизмами подается в дро­бильное устройство и после измельчения направляется в бункера, из которых поступает в мельницы. Угольная пыль из мельниц подается в топку, где происходит ее сжи­гание. Образовавшиеся продукты сгорания омывают по­верхности нагрева котла и охлажденными поступают в золоуловитель и далее дымососами удаляются через ды­мовую трубу в атмосферу. Воздух, необходимый для горе­ния, подается в котел дутьевым вентилятором и, пройдя через воздухоподогреватель, поступает в мельницу и топку. Образовавшийся в результате горения твердого топлива в топке шлак и зола, уловленная в золоуловителе, транс­портируются по каналам системы золошлакоудаления в на­сосную установку, служащую для перекачки шлака и зо­лы с водой по трубопроводам на золоотвалы. Перегретый или насыщенный пар, полученный из воды в котле, по тру­бопроводам подводится к потребителям. Конденсат от по­требителей подается в деаэратор, служащий для удаления газов из питательной воды. Потери пара и конденсата в системе восполняются химически очищенной водой, по­даваемой насосами через водоочистительные аппараты в деаэратор. Вода после дегазации подается питательными насосами в котел.

Технологическая схема котельной установки видоизме­няется в зависимости от ее назначения, производительно­сти, параметров пара, вида топлива, способа его сжигания и местных условий.

В котельных установках, использующих жидкое и газо­вое топлива, отсутствуют золоулавливающие устройства, оборудование для удаления шлака и золы, значительно упрощаются устройства для хранения (при газовом топлив­е- отпадают), транспорта и подготовки топлива к сжи­ганию.

Оборудование котельной установки условно разделяют наосновное (собственно котел) ивспомогательное. Вспо­могательными называют оборудование и устройства для подачи топлива, питательной воды и воздуха, для удаления продуктов сгорания, очистки дымовых газов, удаления зо­лы и шлака, паропроводы, водопроводы и др.

====================================================================

3. Приведите компоновочную схему парового котла, опишите назначение каждого элемента.

Схема барабанного котла с естественной циркуляцией, рабо­тающего па пылевидном топливе.

1 - горелка, 2 - топочная камера; 3 - экранные поверхности; 4 - барабан, 5 - система опускных труб циркуляционного контура экранов; 6 - фестон; 7 – пароперегреватель; 8 - опускной газоход; 9 - экономайзер, 10 - воздухоподогрева­тель; 11 - нижние коллекторы экранов.

Топочная камера котла (2) предназначена для сжигания ор­ганического топлива, частичного охлаждения продуктов сгорания за счет передачи теплоты топочным экранам (3) и выделения из продуктов- сгорания золы. Топочная камера имеет на фронтовой стене ряд круг­лых горелок (1), к которым из системы топливоприготовления (дробление угля или подогрев мазута) подводится топливо с первичным воздухом и вторичным горячим воздухом.

Экранные поверхности (3) представляют собой металличе­ские трубчатые поверхности, с одной стороны омываемые горячими дымовыми газами, а с другой - водой, пароводяной смесью, паром, воздухом. Размер поверхности обычно принимается по стороне труб, омываемой газами (теплоносителем), и измеряется в квадратных метрах. Барабан (4) предназначен для отделения пара из пароводяной смеси. По опускным трубам (5) вода из барабана отправляется в испарительные поверхности. Одновременно они служат экранами. пара, Перед пароперегревате­лем установлен фестон (6), являющийся испарительной поверхностью, образованной из разреженного в верху топки заднего экрана. Назначе­ние фестона заключается в организации свободного выхода из топки (2) топочных газов в поворотный горизонтальный газоход. Пароперегреватель (7) - трубчатая поверхность нагрева, слу­жащая для подогрева пара выше температуры Насыщения за счет теп­лоты, переданной конвекцией или комбинированно: радиацией в топке и конвекцией в газоходах. По опускному газоходу (8) газы поступают в низкотемпературную зону котла.

Экономайзер (9) трубчатая поверхность нагрева служащая горячими дымовыми газами питательной воды подаваемой в котел питательным насосом. Питательная вода подается

из машинного зала в котельную обычно с температурой ниже кипения. Первичный и вторичный воздух на­греваются в воздухоподогревателе (10).

====================================================================

4. Приведите компоновочную схему водогрейного котла, опишите назначение каждого элемента, схему движения воды в водяном тракте.

_____________________________________________________________________________

Водогрейные котлы, назначением которых является по­лучение горячей воды заданных параметров, применяют для снабжения подогретой водой систем отопления и вентиля­ции, бытовых и технологических потребителей.

Водогрейный котел тепловой мощностью 58 МВт с циклон­ными предтопками:

1 - циклонные предтопки – предназначены для увеличения времени нахождения топлива в топке и соответственно для возможности сжигания топлива грубого помола; 2 - ширмовые поверхности нагрева – для основного подогрева воды; 3- фронтовой экран; 4 - задний экран – для экранирования поверхностей нагрева; 5 - конвективные поверхности нагрева; 6 - боковой экран; 7 - топочная камера; 8 - поворотная камера.

====================================================================

5. Покажите процессы, происходящие в водопаровом тракте парового котла, в диаграммах Т-s, h-s, р-V.

____________________________________________________________________________

====================================================================

6. Опишите порядок расчета количества воздуха, необходимого для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива любого состава.

_____________________________________________________________________________

Топливо: С + Н + S + O + N + W + A = 100%

Топочные газы: (СО₂ + Н₂О + SO₂) + (СО + Н₂ + СН₄) + N₂ + O₂^изб = 100%

Воздух: О₂ + N₂ = 100%

Элементарные реакции горения:

1. горение С
С + О₂ = > СО₂ М_О2^С = 2, 67С^р/100

2. горение Н

2Н₂ + О₂ = > 2Н₂О М_О2^Н = 8Н^р/100

3. горение S

S + О₂ = > SO₂ М_О2^S = S^р/100

Теоретический расход О­₂:

М_О2 = М_О2^С + М_О2^Н + М_О2^S – М_О2^топл = 2,67С^р/100 + 8Н^р/100 + S^р/100 – О^р/100, кгО₂/кгтопл

Теоретический объем воздуха – это то количество воздуха, которое необходимо израсходовать для полного сжигания 1 кг топлива, при условии, что весь кислород прореагировал с горючими.

V⁰ = М₀/S_0*100/21 = 0,085С^р + 0,265Н_р + 0,033(S – О)^р, м³/кг

С увеличением балласта V⁰ снижается.

====================================================================

7. Что такое коэффициент избыта воздуха? Чему равно его численное значение в современных котлах, из каких соображений оно выбирается?

_____________________________________________________________________________

В топке не удаётся обеспечить идеального перемешивания горючего с окислителем. При подаче V⁰ (т.е. объёма воздуха фактически необходимого для сжигания данной массы топлива) происходит недожог. Для полноты сгорания воздух подают с избытком V_в.

α = коэф. избытка воздуха

V_в/V⁰ = (V⁰ + V_в)V⁰ > 1

α_{топочной камеры} зависит от:

1) способа сжигания (факельное сжигание твёрдого топлива α_т״ = 1,2 ÷ 1,25, слоевое сжигание α_т״ = 1,4 ÷ 1,7).

2) вида и марки топлива (природный газ и мазут α_т״ = 1,05 ÷ 1,1).

3) конструкции горелочного устройства.

Присосы холодного воздуха в газовый тракт

1- уравновешенная тяга (работает и вентилятор и дымосос).

Обмуровка котла имеет неплотности, т.к. за счёт работы дымососа газоходы находятся под разрежением, поэтому холодный воздух присасывается к газам, увеличивая при этом коэф. избытка воздуха и объём уходящих газов.

α_ух = α_т + Δα V_ух = V_т + ΔV_в

α_эк^’’ = α_пе^’’ + Δα_эк

α_гв = α_т^” – Δα_т - Δα_пс

Присосы влияют отрицательно:

1) Δα_т↑ → υ_{ср. фак↓} → q_т↓ → D↓ → B↑,

2) Δα_т↑ → υ_г↓ → Δt↓ = υ_г – t_п.c. → Q_отд↓→υ_ух↑ → КПД↓,

3) Δα↑ → υ_ух↑ → υ_дым↑.

Меры борьбы с присосом

1) уплотнение обмуровки.

2) B и Д настраивают так, чтобы S_т^’’ = min(2 ÷ 3) кг/м²

3) Работа котла под наддувом (без дымососа, работает только мощный вентилятор).

Значение коэффициента избытка воздуха различно в зависимости от вида сжигаемого топлива и составляет для газообразного 1,05 - 1,2, жидкого 1,15 - 1,25, пылевидного 1,2 - 1,25 и твердого кускового 1,3 - 2,0. Меньшие значения aдля газообразного, жидкого и пылевидного топлива по сравнению с твердым кусковым объясняются лучшим смешиванием этих видов топлива с воздухом при их сжигании.

Сгорание топлива в топках, за исключением особых случаев, должно протекать полностью. С этой целью для каждой конструкции топки и в зависимости от вида сжигаемого топлива устанавливают предельное значение коэффициента избытка воздуха.

====================================================================

9. Приведите и поясните аналитические зависимости, позволяющие вычислить коэффициент избытка воздуха.

_____________________________________________________________________________

При учете изменения в продуктах сгорания содержания азота для случая полного сгорания

a = 1/[1 – 79О₂/21N₂] (1)

где: содержание азота в продуктах сгорания, %,

N₂ = 100 - (С0₂ + SO₂ + О₂). (2)

При наличии в продуктах сгорания О₂ и одновременно продуктов неполного сгорания СО, Н₂ и других учитывают фактическое уменьшение количества избыточного кислоро­да, в связи с этим формула (1) принимает вид:

a = [1 – 79_*(O₂ - 0,5CO₂ - 0,5H₂ - 2CH₄). (3)

Формула (3) пригодна для определения коэффициен­та избытка воздуха в продуктах сгорания котла при сжига­нии твердых, жидких и газообразных топлив, для которых содержание азота мало.

В общем виде при учете азота топлива N₂^т формула для определения a имеет вид:

a = [1 – 79(O₂ - 0,5СО – 0,5Н₂ - 2СН₄)/21/(N₂ – N₂^т/Vс.г.) ]. (4)

================================================================

1. Сидельковский JI.H., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник. - М.: Энергия, 1988. - 521 с.

2. Ковалев А.П., Лешеев Н.С, Виленский Т.В. Парогенераторы: Учебник / Под общ. ред. А.П. Ковалева. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 376 с.

3. Липов Ю.М., Самойлов Ю.В., Модель З.Г. Компоновка и тепловой расчет парогенератора. - М: Энергия, 1975. - 175 с.

4. Кузнецов Н.М., Кузнецов А.Н. Работа котла в нерасчетных режимах: Учеб. пособие. - Л.: СЗПИ, 1974. - 76 с.

5. Кузнецов Н.М., Кузнецов А.Н. Естественная циркуляция в паровых котлах: Учеб. пособие. - Л.: СЗПИ, 1977. - 73 с.

6. Рихтер Л.А., Волков Э.П., Покровский В.Н. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов ТЭС: Учебник. - М.: Энергоатомиздат, 1981. - 296 с.

Дата добавления: 2015-08-29