Тепловой расчет элементов и в целом котла

Рециркуляция газов может служить достаточно эффективным средством регулирования температуры вторичного пара при малых нагрузках котла. Газ обычно отбирается из газохода между водяным экономайзером ВЭ и воздухоподогревателем ВП и нагнетается дымососом рециркуляции в область холодной воронки или в верхнюю часть топки. В последнем случае рециркуляция способствует снижению шлакования. Регулирование производительности дымососа рециркуляции осуществляется направляющими аппаратами. При отключенном дымососе рециркуляции и неплотности газовых заслонок вследствие обратного движения газов из топки возможен занос золой всего тракта, регулирующих органов и дымососа, а также разогрев короба вблизи топки. Для предотвращения этого предусматривается подвод уплотняющего воздуха в нагнетательный тракт между двумя шиберами. Шибер на линии подвода воздуха оснащается колонкой дистанционного управления, связанной блокировкой с электродвигателем дымососа рециркуляции. При отключении дымососа автоматически производятся закрытие шиберов на стороне всасывания и нагнетания и открытие шибера на линии подвода уплотняющего воздуха. Включение дымососа происходит автоматически по импульсу снижения температуры вторичного пара. Регулирование изменением положения факела в топке поворотными горелками приводит к перераспределению тепловосприятий парообразующих поверхностей нагрева и пароперегревателя. Температура газов на выходе из топки оказывает большое влияние на температуру пара. При повороте горелок вниз факел опускается, отдача тепла экранным трубам увеличивается и температура газов в конце топки снижается. Это приводит к уменьшению тепловосприятия пароперегревателя и снижению температуры пара. Аналогичный эффект происходит при регулировании температуры изменением избытка воздуха в топке. В этом случае, однако, увеличиваются потери тепла с уходящими газами и расход электроэнергии на собственные нуждыКоррозия, водоподготовкаПоверхности нагрева омываются высокотемпературными газами и подвергаются газовой коррозии (окалинообразованию).При t > 500ºС З.О.П. не держится и начинается газовая коррозия.Это характерно для Ст10 и Ст20.В продуктах сгорания содержатся водяные пары температура точки росы которых зависит от их парциального давления: . Если , то H2O конденсируется, при этом плёнка воды способствует доставке кислорода (Fe + O2 → Fe2O3). Присутствие серы в топливе повышает температуру точки росы (S + O2 → SO2 и ~5% SO2 взаимодействует с кислородом SO2 + O → SO3 (при t > 1300ºC) → SO3 + H2O → H2SO4↑, но если , то будет сернокислотная коррозия Fe + H2SO4 → Fe2(SO4) + ↑H2).Экологические требования по эксплуатации котлаЗагрязнение воздушной среды котельными установками и ТЭС, использующими в качестве топлива – торф, древесные опилки и лигнин, связано с выбросами в дымовую трубу токсичных газов (диоксида и оксида серы, окислов азота, окиси углерода) и мелкодисперсной золы. Так как для проектируемой мини ТЭЦ основным видом топлива является лигнин, то при его сжигании выделяются вредные вещества, загрязняющие окружающую среду. Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу и их предельно допустимая концентрация в атмосфере населенных пунктов приведен в таблице 16.Предельно допустимая концентрациявредных веществ в атмосфере населенных пунктовТаблица 13. Наименование веществаПредельно-допустимая концентрация, мг/м3максимально-разоваясреднесуточнаяПыль и в том числе зола0,50,15Сернистый ангидрид(SO2)0,50,05Серный ангидрид(SO3)0,30,03Оксид углерода3,01,0Диоксид азота0,0850,085 Для отвода уходящих газов из котлоагрегатов в атмосферу служат дымовые трубы. Необходимая высота дымовой трубы определяется для электростанции в зависимости от расхода топлива, содержания золы и токсичных газов.Золоулавливание, внешние газоходы, дымовая трубаОпределение минимальной высоты трубы производим в такой последовательности: 1. Определяем выброс золы (г/с)г/с где ВР=69.34 т/ч – расчетный часовой расход топлива всеми котлами, работающими на дымовую трубу; ηЗЛ – КПД золоуловителя, %. ηЗЛ=99%;q4 – потеря теплоты от механической неполноты горения, q4=3% ([6], табл. 7-1, стр. 74); АР – зольность топлива, АР=8,52 %. 2. Определяем выброс SO2(г/с)г/сгде SP – содержание серы в рабочей массе топлива, SP =0,31%;μSO2и μS– молекулярная масса SO2 и S, их отношение равно 2. 3. Определяем выброс оксидов азота, рассчитываемый по NO2(г/с)г/сгде β1 – безразмерный поправочный коэфф., учитывающий влияние качества сжигаемого топлива и способа шлакозолоудаления на выход оксидов азота,β1=1,4, β3 - коэфф., учитывающий конструкцию горелок, β3=1;r – степень рециркуляции продуктов сгорания, при отсутствии рециркуляции r=0; β2 – коэфф., характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих продуктов сгорания в зависимости от условия подачи их в топку, β2=0; к – коэфф., характеризующий выход оксидов азота на 1 т сожженного топлива, к=3,05кг/т. 4. Определяем диаметр устья дымовой трубы (м)м,где VТР=94,78 м3/с – объемный расход продуктов сгорания через трубу при температуре их в выходном сечении; ωВЫХ=25 м/с– скорость продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы (из аэродинамического расчета котлоагрегата).5. Определяем коэфф. f иυМ: Определяем коэфф. mв зависимости от параметра f: 8. Определяем безразмерныйкоэфф. n в зависимости от параметра υМ:При υМ>2 n=1. 9. Определяем предварительную минимальную высоту дымовой трубы (м) во втором приближении мТак как разница между H1 иH больше 5%, то второй уточняющий расчет:f’=1,378 и υМ’=9,81;m1=0,858 иn1=1;10. Второй уточняющий расчет (м) м 11. Определяем выброс СО (г/с)г/с 12. Определяем выброс SO3(г/с)г/с 13. При высоте дымовой трубы H2 определяем максимальную приземную концентрацию каждого из вредных веществ (золы, SO2, NO2, SO3, СО) по формулам мг/м3 мг/м3мг/м3мг/м3мг/м3где F - безразмерныйкоэфф., учитывающий скорость оседания золы в атмосферном воздухе, принимается равным 2. 12. Проверяется условие, при котором безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1, т.е. Так как указанное условие не соблюдается, то увеличим высоту дымовой трубы, при которой безразмерная суммарная концентрация не превысит 1, т.е. примем 120 м. 13. Производим пересчет максимальных приземных концентраций каждого из вредных веществмг/м3мг/м3мг/м3мг/м3мг/м3 Следовательно, принимаем к установке дымовую трубу из железобетона высотой 120 м и с диаметром выходного отверстия 3,6 м. При сжигании твердого топлива и удалении шлака в твердом состоянии только незначительная часть золы топлива остается в шлаке, а большая часть ее (~90 %) уносится дымовыми газами из котельного агрегата. Содержащаяся в дымовых газах летучая зола сильно загрязняет атмосферный воздух и оказывает вредное воздействие на человеческий организм и растения, а также резко увеличивает износ газоходов и дымососов. Поэтому проектируемая ТЭЦ, сжигающая твердое топливо – лигнин, оборудуется золоулавливающими устройствами – электрофильтрами (см. раздел «Расчет и подбор вспомогательного оборудования для котлоагрегатов и турбоустановки»), для эффективной очистки дымовых газов в соответствии с требованиями санитарных норм. Проблема очистки дымовых газов от диоксида серы в данном дипломном проекте не рассматривалась, но как рекомендация – необходима установка абсорбера до электрофильтра с использованием известково-известнякового метода очистки дымовых газов. Сущность способа заключается в том, что в поток дымовых газов, выходящих из котла, при температуре примерно 180 °С впрыскивается суспензия гидроокиси кальция. При этом происходит нейтрализация двуокиси серы известью, а вода испаряется за счет тепла дымовых газов. Дымовые газы, содержащие смесь твердых частиц продуктов нейтрализации и золы топлива, поступают в электрофильтр, в котором происходит частичная доочистка дымовых газов от двуокиси серы за счет избытка подаваемой гидроокиси кальция.Конструкционные, теплоизоляционные и жаропрочные материалы, примененные в конструкцииКорпус котла выполнен в П-образной компоновке и включает в себя топочную камеру, конвективную шахту и соединяющий их горизонтальный газоход.Топочная камера экранирована панелями и горизонтальной набивкой из труб (Сталь 12ХIМФ) диаметром 38х6 мм, с шагом 41 мм. По ходу газоходов поверхности нагрева в топке расположены в следующем порядке НРЧ, СРЧ, ВРЧ-1, ВРЧ-2, топочный экран и экраны поворотной камеры. В горизонтальном газоходе располагаются ширмовый перегреватель (I и II ступеней), в опускном газоходе - конвективный пароперегреватель высокого давления (КПП с.к.д.), конвективный пароперегреватель низкого давления I и II ступеней и водяной экономайзер.Для защиты поверхностей нагрева и регулирования температуры первичного и вторичного пара имеются впрыски питательной воды: впрыск I установлен до ширмы I ступени, впрыск II в рассечке КПП с.к.д. На промперегревателе аварийный впрыск установлен перед выходной ступенью.Топочная камера оборудована шестью вихревыми газомазутными горелками ВТИ-ТКЗ, расположенными встречно по три грелки. Производительность горелки по мазуту 6000 кг/ч, по газу 6300 м3/ч при нормальных физических условиях. Распыл мазута осуществляется механическими фарсунками «Факел».Для регулирования температуры вторичного пара предусмотрена газовая рециркуляция. Газы отбираются за водяным экономайзером и подаются в топочную камеру в зону на 2000 мм ниже оси горелок.Вне здания котельной на корпус котла устанавливается по два регенеративных воздухоподогревателя РВП-68Г, обеспечивающих подогрев воздуха до 3310С при нормальной нагрузке.Арматура котлаДля управления работой, обеспечения безопасных условий эксплуатации и расчётных режимов работы ОКН должны быть снабжены: запорной и запорно-регулирующей арматурой; указателями уровня жидкости; приборами для измерения давления и температуры; предохранительными устройствами; приборами безопасности.Тип арматуры, её количество и места установки выбираются организацией разработчиком проекта из конкретных условий эксплуатации и требований Правил.Арматура должна иметь маркировку: наименование или товарный знак завода-изготовителя; условный проход; условное давление; направление потока среды; марку материала корпуса.Арматуру, имеющую маркировку, но не имеющую паспорта, допускается применять после ревизии, испытания и проверки марки материала. При этом должен быть составлен паспорт. Арматура должна устанавливаться в местах удобных для обслуживания и ремонта.Фундамент, каркас, компоновка и крепеж элементов конструкции котлаУменьшения пролета потолочных балок достигают при разделении топки и конвективной шахты на две части. Образуется паровой котел в виде двух корпусов (каждый со своим каркасом и отдельной обмуровкой), в которых поверхности нагрева расположены симметрично (двухкорпусная симметричная компоновка). При наличии отключающей арматуры отдельного корпуса и симметричных обоих корпусов технологическая схема соответствует дубль-блоку. В дубль-блоке симметричная компоновка позволяет работать с половинной мощностью блока на одном корпусе при остановленном другом, что несколько улучшает маневренные свойства, но удорожает установку и повышает удельный расход топлива нз 1 кВт-ч, так как при работе на одном кор - пусе с половинной нагрузкой блока гидравлическое сопротивление перегревателя соответствует номинальному. Экономичность турбины на частичных нагрузках тоже снижается.В двух - и многоходовых схемах движения газов топку и газоходы выполняют с промежутком между ними и самостоятельной обмуровкой или без промежутка с общей разделяющей стенкой из плотных экранов Их называют соответственно разомкнутыми и сомкнутыми газоходами.Для размещения воздухоподогревателей либо используют нижнюю часть конвективной шахты, либо их выносят за пределы котла или даже за пределы главного здания. Этим освобождается место для установки горелок или при необходимости для применения дробевой очистки конвективных поверхностей нагрева..Расчет на прочность отдельного элемента котла (на выбор из конструкции котла)Допускаемые напряжения принимались наименьшими из следующих значений:При расчете дымогарных труб и трубы контроля пламени, работающих под наружным давлением, допускаемое напряжение должно быть уменьшено в 1,2 раза по сравнению со случаем, когда используются формулы расчета по внутреннему давлению.Расчетная схема колтла приведена на рисунке 5.Рисунок 5ЗаключениеСовременный котел оснащается системами автоматизации, обеспечивающими надежность и безопасность его работы, рациональное использование топлива, поддержание требуемой производительности и параметров пара, повышение производительности труда персонала и улучшение условий его работы, защиту окружающей среды от вредных выбросов.Библиографический списокОсновной261 Федеральный закон от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности».Стерман Л.С. Тепловые и атомные электрические станции: учебник для студентов вузов /Л.С. Стерман, В.М. Лавыгин, С.Г. Тишин. – М.: Энергоиздат, 2008Кириллин, В.А. Техническая термодинамика: учебник для студентов теплоэнергетических специальностей вузов / В.А. Кириллин, В.В. Сычев, А.Е. Шейндлин. – М.:Изд. дом МЭИ, 2008, 496 с.Теплотехника: учебник для студентов вузов /В.С. Луканин [и др.]. – М.: Выс. шк., 2009. – 672 с.Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. М.: Энергоиздат, 2006.Александров А.А., Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: МЭИ, 2003. – 165 с.Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. Учебн. пособ. Л.: Энергоатомиздат, 1989. – 280 с.ДополнительныйСНИП-II-35-76. «Котельные установки». Экология для инженера: Учебно-справочное пособ./ Панин В. Ф., Сечин А. И., Федосова В. Д. Под ред. В. Ф. Панина. – М.: Издательский дом «Ноосфера», 2001. – 356с.;Бухгалтерский учет в схемах и рисунках. Учебн. пособие. / Камарджанова Н.А., Картошова И.В. Изд.2-е доп. и перераб. – М.: ИНФРА-М, 2002. - 494с.;Зах Р.Г. Котельные установки. – Учебник. М.: Энергия, 1968. – 352 с.Теплотехническмй справочник. Том 2. Изд.2-е, перераб. М.: Энергия, 1976. – 896 с.Тепловые и атомные станции. Справочник. Под общей редакцией В.А. Григорьева и В.М. Зорина.т. 3. М.: Энергоиздат, 1982.Паровые котлы малой и средней мощности./ Александров К.Г. - М.: Энергоатомиздат, 1981. - 243с.; Котельные установки и тепловые сети. Учебник для техникум. / Павлов И.И. Изд.2-е испр. и доп. – М.: Стройиздат, 1977. – 300с.;Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. ПБ 10-574-03. - СПб.: Деан, 2004. - 205с.;Кругликов П.А. Технико-экономические основы проектирования ТЭС и АЭС. СПб, СЗТУ, 2004. Режимы работы и управление теплоэнергетическими установками /Субботин В.И. - М.: «Фирма Испо-Сервис», 2001. - 214с.; Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф., Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла. – Учебное пособие М.: Энергоатомиздат, 1988. 208 с.Рихтер Л.А., Елизаров Д.П., Лавыгин В.М. Вспомогательное оборудование тепловых электростанций. Учебное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1987. 216 с.Приложения в расчетно-пояснительной запискеПриложение 1Соотношение единиц измеренияВеличинаМКГСССИ123МассаСилаПлотностьУдельный весДавление1атм (тех)=1041кгс/см2==735,6мм рт.ст.1атм (физ)=1,033кгс/см2==760мм рт.ст.1мм рт.ст.1кгс/м21барУдельная энтальпия1ккал/кгУдельная энтропия1 ккал/(кгК)4,187Удельная теплоемкость1ккал/(кг)Коэффициенты теплоотдачи, теплопередачи1,163Коэффициент теплопроводности1,163Работа, энергияКоличество теплоты1ккалМощностьТепловой поток