КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Лекция № 3

Котельная установка, часто называемая парогенераторной состоит из котла и вспомогательного оборудования, связанных единой технологической схемой. К вспомогательному оборудованию относятся устройства топливоподачи, питательные насосы, вентиляторы, дымососы, золоуловители, паропроводы, водопроводы и др.

Рис. 1. Схема котельного агрегата

Схема собственно котельного агрегата показана на рис. I. Котельный агрегат П-образной компоновки состоит из подъемного 2 и опускного 8 газоходов. Подъемный газоход 2

представляет собой топку для сжигания топлива, на стенах которой установлены испарительные поверхности нагрева 3 в виде плоских трубчатых панелей, называемых экранами. В опускном газоходе расположены водяной экономайзер 9 для подогрева питательной воды и воздухоподогреватель для подогрева воздуха, идущего на горение топлива в топке. В соединительном газоходе расположены фестон 6 представляющий собой разреженный пучок труб продолжение заднего экрана, и пароперегреватель 7, обеспечивающий требуемую потребителем температуру пара.

Испарительные поверхности 3 сообщаются с барабаном котла 4 и вместе с опускными трубами 5, соединяющими барабан с нижними коллекторами экранов, составляет циркуляционные контуры. Пароводяная смесь в барабане разделяется на насыщенный пар и воду, пар направляется в пароперегреватель, вода снова в циркуляционные контуры. Циркуляция воды и пароводяной смеси в контурах происходит за счет разности плотностей столба воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъемных трубах-экранах (естественная циркуляция).

Топливо вместе с горячим воздухом через горелки 1 подается в топочную камеру 2, где сжигается в виде факела.

Продукты сгорания из топочной камеры направляются в пароперегреватель, экономайзер и воздухоподогреватель и через газоочистку удаляются в атмосферу.

Существуют различные конструктивные оформления котельных агрегатов, схемы которых отличаются от рас­смотренной. Так, сжигание топлива может осуществляться в слое, циркуляция воды и пароводяной смеси в испарительной системе котла может быть принудительной с помощью специальных насосов, водяной экономайзер и воздухоподо­греватель могут располагаться в несколько ступеней и т. д.

Современный котельный агрегат полностью автомати­зирован, надежен и безопасен в работе, обеспечивает требу­емые паропроизводительность и параметры пара при ра­циональном использовании топлива.

Тепловой баланс котельного агрегата обычно составля­ют на 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газооб­разного топлива.

Приходная часть теплового баланса представляет со­бой располагаемое тепло МДж/кг или МДж/м³, равное низшей теплоте сгорания топлива:

(1)

Расходная часть теплового баланса содержит тепло вы­работанного пара и различные потери:

(2)

Тепло, полезно затраченное на выработку пара:

(3)

где - выход пара, кг/ч; - расход топлива, кг/ч (или м³/ч); - энтальпия перегретого пара и питательной воды, МДж/кг.

Остальные слагаемые в выражении (2) представляют собой следующие тепловые потери, отнесенные к единице сжигаемого топлива, МДж/кг или МДж/м³: - потери тепла с уходящими из котельного агрегата газами; , - потери тепла от химической и механической непол­ноты сгорания топлива; - потери тепла от наружного охлаждения внешних ограждений котла; - потери тепла с физическим теплом шлаков.

Таким образом, уравнение теплового баланса котла мо­жет быть записано в следующем виде:

(4)

Отношение количества тепла, пошедшего па выработку пара: , МВт, к теплу, выделенному в топке /3600,МВт , представляет собой к. п. д. котельного аг­регата, %:

(5)

Часовой расход топлива определяют по формуле

(6)

Разделив все члены уравнения (4) на и умножив на 100, получим, % :

100= (7)

где и т.д.

Иногда составляющие теплового баланса котельного агрегата обозначают цифрами ; ; .

Расчет к.п.д. котельного агрегата по формуле (5) считается определением по методу прямого баланса, т.е. по непосредственному измерению часовых выработки пара и расхода топлива. К.п.д. можно определить и по обрат­ному балансу, по формуле (3), если известны тепловые потери. Из выражения (7) для установившегося теплово­го состояния получаем, %:

(8)

т.е.

К.п.д., подсчитанный по формулам (5) и (8), не учитывает затраты тепла на собственные нужды (привод насосов, дымососов, вентиляторов и других механизмов) и называется к.п.д. брутто ( ). С учетом затрат энергии на собственные нужды в количестве , МВт, с удельным расходом топлива b, кг/МДж, к.п.д. котельной установки (нетто) определится следующим образом, %:

(9)

В промышленных котельных затраты энергии па собственные нужды составляет около 4 % от вырабатываемой энергии.

Основными потерями тепла котельного агрегата явля­ются потери с уходящими газами ( ). Их величина составляет 5-12% от располагаемого тепла топлива и за­висит от объема и состава продуктов сгорания, балластных составляющих топлива и от температуры уходящих газов. Чем больше балласта в составе топлива, больше объем продуктов сгорания и выше их температура, тем при про­чих равных условиях больше потери тепла с уходящими газами. В промышленных условиях температура уходящих газов котельных агрегатов составляет 110-220°С.

Потери тепла от химической неполноты сгорания ( возникают при неполном сгорании топлива в пре­делах топочной камеры, при этом в продуктах сгорания появляются горючие газообразные составляющие (СО, Н₂, СН₄, C_mH_n...). Догорание этих газов в газоходах котла за топочной камерой практически невозможно из-за низкой температуры газов в газоходах. В современных топках ко­тельных агрегатов потери тепла от химической неполноты сгорания топлива составляют 0-2 %.

Снижение потерь тепла от химической неполноты сго­рания возможно при повышении температурного уровня в топочной камере и улучшении перемешивания компонен­тов горения. При правильной эксплуатации топки и горелочных устройств могут быть практически сведены к нулю.

Потери тепла от механической неполноты сгорания возникают при сжигании твердого топлива в ре­зультате его недожога в топочной камере. Часть топлива в виде твердых горючих частиц, содержащих углерод, уно­сится газообразными продуктами сгорания, часть удаляется вместе со шлаком, часть проваливается при слоевом сжигании топлива через прозоры колошниковой решетки. Эти по­тери могут быть достаточно велики и составлять 8-10 %, однако при правильном ведении процесса сжигания топли­ва в топке не превышают 2-3 %.

Потери тепла от наружного охлаждения свя­заны с превышением температуры наружной поверхности котельного агрегата (обмуровки, трубопроводов, барабана и др.) над температурой окружающей среды. В промышленных котлах потери с наружным охлаждением обычно невелики и составляют 1-2%.

Потери тепла с физическим теплом шлаков ( ) возникают только при сжигании твердого топлива, так как связаны с наличием шлака, покидающего топку с высокой температурой. Эти потери относятся, прежде всего к топкам с жидким шлакоудалением (см.ниже), так как в них температура жидкого шлака достигает 1200-1300°С При работе котельных агрегатов с сухим (твердым, гранулированным) шлакоудалением потери тепла со шлаком невели­ки и составляют 0,2-0,3% при работе с жидким шлакоудалением равны 1-2%, такие же потерн со шлаком и в слоевых топках.

Топочные устройств котельных агрегатов могут быть слоевыми - для сжигания крупнокускового твердого топлива и камерными - для сжигания газообразного, жидкого и твердого пылевидного топлива. Слоевые топки могут быть с плотным или кипящим слоем, камерные - факельные или циклонные. В свою очередь камерные топки для твердого топлива бывают с твердым пли жидким шлакоудалением, однокамерные или многокамерные под разрежением или под. давлением (наддувом).

На рис. 2 пока­зана схема организации топочных процессов. Как видно из рис. 2а, воздух для горения пронизы­вает слой, не нарушая его устойчивости, т. е. скорость воз­духа такова, что сила тяжести топливных частиц больше динамического напора воздуха. Такое сжигание называет­ся сжиганием в плотном фильтрующем слое. Сжигание топлива в кипящем слое (рис.2б) обус­ловлено повышенными по сравнению с плотным слоем ско­ростями воздуха, обеспечивающими нарушение устойчиво­сти частиц

Рис.2. Схема организации топочных процессов.

топлива в слое, в результате чего топливо пере­ходит в состояние «кипения», т. е. находится во взвешенном состоянии над решеткой, при этом происходит интен­сивное перемешивание топлива и окислителя.

Факельный прямоточный процесс (рис.2 в) предус­матривает сжигание топлива в объеме топочной камеры.

В циклонном процессе (рис.2 г) под влиянием центро­бежной силы частицы топлива отбрасываются на стенки топочной камеры, задерживаются на ней, увеличивая тем самым время пребывания топлива в зоне высоких темпера­тур и время контакта с окислителем и обеспечивая полное выгорание топлива.

В котельных установках ТЭЦ металлургических заводов чаще всего применяют камерные топки с факельным сжи­ганием топлива. В таких топках сжигают не только газо­образное и жидкое топливо, но и твердое топливо в виде пыли. С этой целью используют специальную систему пылеприготовления, включающую шаровые мельницы для размола угля и систему пневмотранспорта для подачи пы­ли к горелкам.

Большое влияние на экономичность и производитель­ность топочного устройства при сжигании твердого топли­ва оказывает способ удаления шлакозолового остатка из камеры. Топка с сухим (твердым) шлакоудалением 1 (рис. 3а) имеет в нижней части «холодную» воронку 3, стены которой покрыты экранными трубами, и температура газов здесь ниже, чем в топке.

Капли шлака, образующиеся при горении частиц топлива, поступающего в топку через горелки 2, затвердевают (гранулируются) при попадании в «холодную» воронку и удаляются через горловину 4 в шлакоприемное устройство 5 в сухом состоянии.

Топка 1 с жидким шлакоудалением (рис.4б) «уте­плена» в нижней части за счет покрытия труб, экранов тепловой изоляцией. Жидкий шлак, попадая на горизон­тальный или слабо наклонный под 3, не затвердевает, а остается жидким, и через летку 4 вытекает и ванну 5, напол­ненную водой. В воде шлак затвердевает и в виде стекло­видной, массы удаляется в систему шлакоудаления. Топливо подается в топку через горелки 2.

В топках крупных котлов камера горения топлива и образования жидкого шлака отделена от камеры охлаждения продуктов сгора­ния специальным пережимом, в результате чего образуется двухкамерная топка.

Трубы котельных агрегатов находятся в напряженных условиях тепловой работы, поэтому непрерывный отвод тепла от внутренней поверхности труб, поддержание тем­пературы металла в допустимых пределах являются пер­воочередными задачами внутритрубного движения воды и пароводяной смеси.

Котельные агрегаты в зависимости от организации дви­жения воды и пароводяной смеси по испарительной систе­ме котла разделяются на котлы с естественной и с прину­дительной циркуляцией, последние в свою очередь делятся на прямоточные и с многократной принудительной цирку­ляцией. Схемы движения потоков воды и пароводяной смеси приведены на рис.3.

В котельных агрегатах с естественной циркуляцией (рис.3 а) движение воды и пароводяной смеси осуще­ствляется по замкнутому контуру: барабан котла 3 - опус­кные необогреваемые трубы 2- подъемные обогреваемые трубы 1 - барабан котла. Такое движение происходит за счет разности плотности воды в опускных трубах и парово­дяной смеси в подъемных. При этом за одни ход воды по циркуляционному контуру она только частично превраща­ется в пар. Отношение массы воды, циркулирующей в си­стеме за единицу времени, к массе вырабатываемого пара за то же время называется кратностью циркуляции, кото­рая для котлов с естественной циркуляцией равна 15-100.

Движение воды в экономайзере осуществляется за счет энергии насоса по прямоточной системе, а движение пара по пароперегревателю - за счет разности давлений в ко­тельном агрегате и паропроводе.

Котельные агрегаты с многократной принудительной циркуляцией (рис.3б) отличаются наличием специаль­ного насоса 1, обеспечивающего циркуляцию воды и пароводяной смеси в испарительной системе котла 2. Кратность циркуляции в таких котлах находится в пределах 6-10. Движение воды в водяном экономайзере и пара в паропере­гревателе осуществляется так же, как в котлах с естест­венной циркуляцией.

Рис.5. Котел ТП-230-Б (продольный разрез):

1 - топочная камера, 2- горелка, 3 - фестон, 4 - пароперегреватель, 5 - вторая ступень водяного экономайзера, 6 - вторая ступень воздухонагревателя, 7 - первая ступень водяного экономайзера, 8 - первая ступень воздухонагревателя.

Прямоточные котельные агрегаты (рис.4б), имею­щие кратность циркуляции, равную единице, оборудованы параллельно соединенными трубами, составляющими по­верхности нагрева котла. По трубам вода последовательно за счет энергии питательного насоса 1 проходит отдельные участки труб, выполняющие роль водяного экономайзера 2, испарительной поверхности нагрева 3 и пароперегревателя 4.

Для получения горячей воды применяют теплофикационные водогрейные котлы башенного исполнения. Котел ПТВМ-50 имеет теплопроизводительность 58 МВт при рабочем давлении воды 1-2,5 МПа, температуре воды на входе 75-104°С, на выходе 150⁰С. Температура уходящих газов 220-250 ⁰С.

Для выработки технологического насыщенного или слабо перегретого пара получили распространение котлы ДКВР. В этих котлах получают пар давлением 1,28 и 2,06 МПа при производительности от 2,5 до 20 т/ч.

На рис. 5 показан паровой котел ТП-230 Б, вырабатывающий пар энергетических параметров для турбин. Котел с естественной циркуляцией П-образной компоновки. Его паропроизводительность 230 т/ч, давление пара 9,81 МПа, температура перегретого пара 510°С. Котел имеет топку с сухим шлакоудалением; такие же агрегаты выпускаются с топками с жидким шлакоудалением при этом утепляются холодная воронка и нижняя часть экранов.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 646; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!