Розробка топково-пальникового пристрою котла (150870)

Посмотреть архив целиком

Реферат


Звіт по ДПБ: 72с., 3 рис., 8 табл., 27 джерел інформації.


Ключові слова: КОТЕЛ ТП-100, ПАРОПРОДУКТИВНІСТЬ, ТОПКА, ПАЛИВО – АШ марки Д, ПАЛЬНИК, ОХОРОНА ПРАЦІ І НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА, ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА.


Об'єктом проектування є топков-пальниковий пристрій котла ТП-100, паропродуктивністю 640 т/г.

Мета роботи - розробка топково-пальникового пристрою та визначення розрахункових характеристик топки.

Розроблено топковий пристрій в газощільному виконанні з двозавитковими пальниками.

Методи проектування: нормативний метод розрахунку котлів.

Розглянуті питання по охороні праці і навколишнього середовища.

Термін початку самоокупності котла – 7 років.



Реферат


Отчет о ДПБ: 72с., 3 рис., 8 табл., 27 источников информации.


Ключевые слова: КОТЕЛ ТП-100, ПАРОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, ТОПКА, ТОПЛИВО – АШ марки Д, ГОРЕЛКА, ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.


Объектом проектирования является топочно-горелочное устройство котла ТП-100, паропроизводительностью 640 т/ч.

Цель работы – разработка топочно-горелочного устройства и определение расчетных характеристик топки.

Разработано топочное устройство в газоплотном исполнении с двухулиточными горелками.

Методы проектирования: нормативный метод расчета котлов.

Рассмотрены вопросы по охране труда и окружающей среды.

Срок начала самоокупаемости котла – 7 лет.



Зміст


Вступ

1. Опис топково-пальникового пристрою

2. Характеристики середовища у газоповітряному тракті котла

3. Тепловий баланс котла

4. Розрахунок теплообміну в топковій камері

5. Вибір пальникового пристрою

6. Охорона праці і навколишнього середовища

7. Економічна оцінка та обгрунтування

Висновок

Перелік джерел інформації



Вступ


У наш час все більш актуальним стає питання збереження тепла та найбільш ефективного використання енергоресурсів. Зростання світових цін на нафту й газ і одночасне збільшення потреб населення та промислових підприємств на електроенергію робить вирішення цього питання невідкладним. Одним з рішенням цього питання є інтенсивне використання котельних установок, працюючих на більш дешевому паливі, наприклад, на камному вугіллі.

Досить відомо, що в Україні одними з головних виробників тепла та електроенергії є ТЕС, на яких експлуатуються великі парові котли з високою паропродуктивністю і високими параметрами пари. До таких котлів належить і котел Таганрогського котельного заводу - ТП-100, що працює на досить дешевому вугіллі АШ. Низькореакційні здібності палива АШ можно компенсувати вдалими конструкторськими рішеннями щодо інтенсифікації процесу згоряння даного палива.

Оригінальне Т-образне компанування котла, наявність в топковій камері двосвітного екрану, що ділить топку на дві однакові за розмірами полутопки, організація у нижній частині екранів запалювального поясу, організація рециркуляції димових газів у нижню частину топки – все це притягує увагу до конструкції та роботи цього котла.

Отже, темою даної випускної кваліфікаційної роботи бакалавра є розробка топково-пальникового пристрою котла паропродуктивністю 640 т/г, який працює на камяному вугіллі марки АШ.



1. Опис котла


1.1 Конструкція котла


Котел ТП-100 паропродуктивністю 640 т/г для роботи у блоці з турбіною 200 МВт . Топкова камера розташована у центральному висхідному газоході, а праворуч і ліворуч від неї, у двох симетрично розташованих бокових опускних газоходах, розташовані хвостові нагрівальні поверхні.

Фронтальний та тиловий екрани у нижній частині мають ухил під кутом 300 к горизонталі з напрямом к центру полутопок.

Топкова камера з рідким шлаковидаленням по всій висоті розділена двосвітним екраном на дві однакові за об’ємом камери.

Котел має зварний барабан з низьколегованої сталі (марки 16ГНМ).

Пальникові пристрої - вихрові двозавиткові, розташовані у два яруси на бокових стінах топкової камери у кількості 16 шт.

Ширмовий пароперегрівач розташовується на вході у кожний горизонтальний газохід.

Труби екранів під ширмами пароперегрівача утворюють два виступи, призначення яких є відтиснення газових потоків до середини топки. Завдяки цьому покращується омивання газами ширмового та конвективного пароперегрівачів і зростає теплосприймання.

Усі екрани виконані з труб діаметром 60 х 6 мм, з кроком 64 мм, із сталі 20. Нижня частина екранів топкової камери й холодних лійок ошипована і вкрита хромитовою масою, утворюючи запалювальний пояс.

Тип парогенегатора - з природньою циркуляцією води. Тиск перегрітої пари РПЕ=15,2МПа. Температура перегрітої пари tПЕ =5700С. Температура живильної води tж.в.=2350С.



1.2 Аналіз якості палива


Паливо – донецький АШ марки Д.

Елементарний склад палива у відсотках, %:


;

;

;

;

;

;

.


Нижча теплота згоряння, ккал/кг:


= 5390.


Вихід летючих на суху беззольну масу, %:


Vdaf=3,5 [1, табл.1, с.153].

Vdaf<28, отже дане паливо низькореакційне.


Вологість, зольність та сірчистість палива оцінюють за наведеними

характеристиками, відповідно , , , (%·кг)/МДж.


.

<0,7, отже дане паливо сухе.

.

<1,45, отже дане паливо малозольне.

.


Температурні характеристики золи палива АШ.

У якості температурних характеристик золи прийняті температури плавкості t1, t2, t3.

Мінеральна частина палива у процесі його згоряння при деякій температурі переходить у рідкий стан і утворює оплавлену або спікшуся порувату масушлак, котра у деяких випадках може привести к порушенню роботи топки. Окрім цього, більшість компонентів мінеральної частини палива мають аморфну структуру і тому переходять з твердого стану у рідкий, поступово разм’якшуючись у деякому інтервалі температур. У результаті цього встановити фіксовану температуру плавлення мінеральної частини палива неможливо, доводиться розглядати температурні інтервали плавлення й характерні точки цього процесу. Розрізнюють легкоплавку та тугоплавку золу. Фіксують температуру трьох характерних моментів зміни форми зразка:

1. – температура початку деформації - t1 =11000С;

2. – температура розмякшення - t2 -12000С;

3. – температура початку рідкого стану t3= 12500С.

Показником плавкості золи вважають температуру початку рідкого стану t3,.Ця температура є одним із важливих факторів при виборі типу шлаковидалення.



1.3 Вибір системи пилоприготування і млинів


Для котла продуктивністю 640т/г на паливі АШ приймається схема пилоприготування с проміжним бункером і кульовими барабанними млинами КБМ 400/800 (К50). У кількості двох.

У пилоприготувальній установці [3] с промбункером легко можна одержати тонкий і добре висушений пил, що необхідно для ефективного й економічного спалювання палива з відносно невеликим виходом летючих. Паливо підігрівається гарячим повітрям з температурою 250-4000С із повітропідігрівника. Наявність промбункера підвищує надійність установки [4]. Цьому сприяє також звязок млинових пристроїв окремих агрегатів за допомогою пилових шнеків, що дозволяють, якщо буде потреба, подавати паливо від одного котла к іншому. У системі пилоприготування з проміжним бункером також є можливість повністю завантажувати млинове обладнання. К недолікам системи слід віднести збільшення витрат на обладнання.


1.4 Вибір типу шлаковидалення


Вибір типу шлаковидалення один з важливих моментів проектування топковопальникового пристрою котла.

Економічно вигідно застосовувати топки з рідким шлаковидаленням при спалюванні низькореакційних палив (антрацит, напівантрацит, худі кам'яні вугілля), а також палив з низькою температурою плавлення золи, які в топках з твердим шлаковидаленням викликають сильне шлакування топкових екранів.

Для забезпечення рідкого шлаковидалення необхідно, щоб температура газів у стін нижньої частини топки і у районі поду була вища за температуру текучесті шлаку, тобто υг > tнр ., де tнр = t3+(50÷100)0С –температура нормального рідкотекучего стану.

Переваги топкових пристроїв з рідким шлаковидаленням у порівнянні з твердим видаленням шлаку полягає у наступних основних моментах:

при спалюванні того самого виду палива втрати з механічним недопалом q4 у випадку рідкого шлаковидалення знижуються приблизно на 30%;

загальна теплова напруга топкового об’єму виявляється у середньому на 20% выше.

Це значить, що ущільнювання нижньої частини топки зменшують присоси повітря в топкову камеру, що приводить до деякого сниження витрат з газами, що виходять. У топках з рідким шлаковидаленням помітно скорочуються витрати на золоуловлюючі пристрої [2].

Разом з тим топки з рідким шлаковидаленням мають і ряд недоліків:

збільшується втрата тепла з високотемпературним шлаком q6, що у багато разів перевищує зменшення втрати q4 (механічний недопал);

знижується діапазон робочих навантажень за умовами виходу рідкого шлаку;

зростання температурного рівня у ядрі смолоскипа веде до збільшення виходу шкідливих оксидів азоту;

не всяке паливо можна спалювати із забезпеченням рідкого виходу шлаку. Якщо для палив з відносно легкоплавкою золою (t3=1150÷13000С) не виникають затруднення, то при значенні t3>13500C необхідно провести розрахунок забезпечення виходу рідкого шлаку [2].

У даному випадку паливо - антрацитовий штиб АШ, вихід летючих – = 3,5%; наведена вологість – 1,58%; початок рідкоплавкого стану – 12500С; істинно рідкий стан – 12800С.

Тому приймаємо рідке шлаковидалення (РШВ).



1.5 Температура газів на виході з топки


Температура газів на виході з топки ,оС, характерезує кількість теплоти, що сприймається променесприймаючими поверхнями нагріву, огороджуючими топковий об`єм, а також умови надійності і економічної роботи поверхонь нагріву котла, розташованих за топковим об`ємом.

Оптимальна температура газів на виході з топки для палива АШ становить 1000–1150оС. За оптимальної температури досягається мінімальні витрати палива на котел взагалі. Зниження цієї температури призводить до підвищення витрати на топкові екрани (внаслідок зниження інтенсивності променевого теплообміну) та до збільшення витрати металу на всі конвективні поверхні нагріву (за рахунок зниження температурних напорів). Підвищення температури на виході з топки більше оптимальної ускладнює умови роботи металу, в основному пароперегрівників, що потребує використання дорогих сталей аустенітного класу.

На практиці дотримання оптимальної температури на виході з топки пов'язано з рядом труднощів. Дану температуру приймаємо на підставі рекомендацій [1, с.66]. Враховуючи великі розміри даного котла, а також те, що він працює на паливі АШ, температуру газів на виході з топки приймаємо 1050оС. Отримати температуру більш близьку до оптимальної неможливо тому, що теплову напругу топкового об'єму не можна занижати, оскільки необхідно буде знизити ступінь екранованості топки. Це викличе більші втрати з зовнішнім охолодженням, а також збільшить товщину обмуровки.


1.6 Повітряний баланс топки


В залежності від виду спалюємого палива, типу шлаковидалення і конструктивного оформлення огородження топкової камери (газощільна топка чи ні) визначається коефіцієнт надлишку повітря на виході з топки .

При подачі частини повітря через скидальні сопла, коефіцієнт подачі повітря в пальники визначається за виразом:


,


де [1, табл.XVII, с.200];


- присос повітря в топці;

[1, табл.XVI, с.198];

- доля повітря по відношенню к теоретично необхідному для повного спалювання палива, що подається через скидальні сопла;


.

.



2. Характеристики середовища у газоповітрянному тракті котла


2.1 Вибір температури гарячого повітря


У залежності від виду палива, системи шлаковидалення та пилоприготування потрібен різний підігрів повітря [1. табл.II-10. c.72].

При спалюванні вугілля марок АШ для інтенсифікацїї запалення пилу доцільно пил у топку транспортувати гарячим повітрям, а сушильний агент із млинової системи подавати через скидні пальники. Так як було прийняте рідке шлаковидалення, у [1] рекомендовано підігрівати повітря до 380-4000С. Приймаємо tГП = 4000С.

Температура гарячого повітря визначає компонування конвективної шахти котла. При підігріві повітря до 4000С необхідно застосовувати двоступінчастий повітропідігрівник (ПП). Поміж сходами ПП у розсічку звичайно встановлюється економайзер. Виходячи із цього, компонування горизонтального газоходу й конвективної шахти буде наступним:

1) топкова камера;

2) первинний пароперегрівник ППЕ;

3) вторинний пароперегрівник ППЕ;

4) друга сходинка ПП;

5) экономайзер;

6) перша сходинка ПП.


2.2 Повітряний баланс котла


Загальний вид рівняння для знаходження коефіцієнту надлишку повітря у відходящих газах:


,(2.1)

де - присоси повітря в окремих поверхнях нагріву;

i – індекс поверхні нагріву за ходом димових газів.

Присоси у топці:


Δαт=1,2.


Прийнявши компонування конвективной шахти котла, визначимо присоси і коефіцієнти надлишку повітря в газоходах котла [1, табл.XVI, c.198].

Присоси у системі пилоприготування:


αпл=0,1; присоси в пароперегрівачі ППЕ:

Δαппе= 0,03; присоси у повітропідігрівнику 2-ої сходинки ПП

Δαпп= 0,03; присоси у водяному економайзері ВЕ:

Δαве= 0,02; присоси у повітропідігрівнику 1-ої сходинки ПП:

Δαпп =0,15.


αвід = αт+ Δαппе+ Δαппе+ Δαпп+ Δαве+ Δαпп.+ Δαпл.; (2.2)

αвід=1,2+0,03+0,03+0,03+0,02+0,15+0,1=1,56.


2.3 Розрахунок обємів повітря й продуктів згоряння


Розрахунок об'ємів повітря і продуктів згоряння виконується на підставі даних про склад робочої маси палива. Об'єми продуктів згоряння і повітря виражаються в кубічних метрах за нормальних умов на 1 кг твердого палива.

Теоретичні об'єми повітря і продуктів згоряння (коефіцієнт надлишку повітря  = 1) при спалюванні твердого палива визначаються наступним чином.

Теоретична кількість повітря, м3/кг:

; (2.3)

.


Теоретичні об'єми продуктів згоряння, отримані при повному згорянні палива з теоретично необхідною кількістю повітря (α = 1), м3/кг:

теоретичній об'єм азоту, м3/кг:


; (2.4)

.


Теоретичний об'єм трьохатомних газів, м3/кг:


; (2.5)

.


Теоретичний об'єм водяної пари, м3/кг:


; (2.6)

.


Об'єм водяної пари, м3/кг:


; (2.7)

.


Об'єм димових газів, м3/кг:

; (2.8)

.


Об'ємні долі трьохатомних газів:


; (2.9)

;

; (2.10)

.


Об'ємна сумарна частка трьохатомних газів:


; (2.11)

.


Маса димових газів, кг/кг:


; (2.12)

.


Безрозмірна концентрація золи у димових газах:


, (2.13)

[1, табл.XVII, c.200], доля виносу шлаків;

.


Значення об’ємів газів, об’ємних долей на виході з топки і котла для відповідних значень наведені у таблиці 2.1 [1, табл.4-1, с.17].


Таблиця 2.1 – Об'єми газів, об'ємні долі трьохатомних газів, концентрація золи.

Величина, що розраховується

На виході з топки,

На виході з котла, αвід

Коефіцієнт надлишку повітря

1,2

1,56

, м3/кг (м33)

1,197

3,35

Дійсний об'єм водяної пари , м3/кг

0,354

0,388

Об'єм димових газів , м3/кг (м33)

7.456

9,636

Об'ємна доля трьохатомних газів

0,161

0,124

Об'ємна доля водяної пари

0,045

0,053

Доля трьохатомних газів і водяної пари

0,206

0,177

Маса димових газів, , кг/кг (кг/м3)

10,15

12,96

Концентрація золи в димових газах , кг/кг

0,019

0,015


2.4 Вибір температур відходящих газів


Температура відхідних газів за котлом tВІД вибирається за умовою ефективного використання тепла палива та витрати металу на хвостові поверхні нагріву. При виборі температури відхідних газів варто враховувати, що при спалюванні високосірчастих та високовологих палив можлива низькотемпературна корозія хвостових поверхонь нагріву і, у першу чергу, повітропідігрівника.

Для повного виключення корозії поверхні нагріву, при відсутності спеціальних мір захисту, температура металевої стінки повинна бути приблизно на 100С вище температури точки роси димових газів, але це призведе до значного превищення температури відхідних газів над економічними їх значеннями, що приведені в [1, табл.II-8, c.71], тобто повинна виконуватися умова:


. (2.14)


Температура точки роси димових газів tР залежить від температури конденсації вологи tКОН при парціальному її тиску у газах та наведеному складу сірки у робочому паливі й золи , розраховується за формулою:


tР = tКОН+Δ tР, (2.15)

, [1, табл.II-8, c.71].

.


Визначимо температуру конденсації водяної пари, димових газів [1. табл.XXIII. c.204] при парціальному тиску водяної пари. Так як топкова камера працює без наддуву, то абсолютний тиск Р=1кгс/см2 або Рн2о=1кгс/см2 і температура конденсації tКОН=99,090С.


.


Рекомендації з вибору температури відхідних газів наведені у [1. табл.II. c.72] і повинна бути не нижче пропонованої.

Оптимальне значення tвід вибирається на основі техніко-економічних розрахунків. Приймаємо tвід =1280С.

Для виключення корозії повітропідігрівника нижній куб виконується змінним.


2.5 Розрахунок ентальпій повітря і продуктів згоряння


Ентальпії повітря і продуктів згоряння розраховуються на 1 кг твердого палива за нормальних умов (0оС і 101,3 кПа).

Ентальпія газів при  = 1,0 і температурі оС, кДж/кг:


, (2.16)


де , , – ентальпія відповідно CO2, N2, H2O приймається по [1, табл.XIII, с.179].

Ентальпія теоретично необхідної кількості повітря при температурі оС, кДж/м3:


, (2.17)


де – ентальпія повітря, приймається по [1, табл.XIII, с.179].


Ентальпія золи розраховується за формулою, кДж/кг:


, (2.18)


де - зольність робочої маси палива; - ентальпія 1 кг золи, приймається по [1, табл.XIII, с.179].

Ентальпія димових газів на 1 кг палива при  >1, кДж/кг:


. (2.19)


Дані розрахунку ентальпій продуктів згоряння зводяться в таблицю (таблиця 2.2). При складанні таблиці для кожного визначаються значення I в області, що перекриває очікуємий діапазон температур у газоході.


Таблиця 2.2 – Ентальпії повітря і продуктів згоряння.


+, кДж/кг


αт=1,2

αвід=1,56

υ ,

, кДж/кг

, кДж/кг

, кДж/кг

, кДж/кг

I

ΔI

I

ΔI

100

875,7

800,3

80,8

18,5

1054,2


1342,36


200

1776,5

1608,9

169,3

38,76

2137,3

1083,1

2720,74

1378,4

300

2702,2

2434,4

264

60,46

3249,9

1112,4

4123,94

1403,2

400

3657,8

3276,6

360,3

82,5

4395,7

1146

5574,89

1450,95

900

8807,4

7747,3

875,7

200,53

10557,5


13346,41


1000

9896,8

8681,7

984,6

225,5

11858,5

1301

14984,05

1637,64

1100

10990,4

9645,4

1097,8

251,3

13170,8

1312,3

16643,42

1659,37

1200

12092,3

10609

1206,7

276,3

14490,6

1319,8

18309,64

1666,22

1300

13219,4

11568,6

1361,7

311,86

15844,9

1354,2

20009,67

1700,03

1600

16655,2

14530,9

1877,1

429,9

19991,3


25222,4


1700

17815,9

15519,7

2065,7

473

21380,3

1401,5

26983,94

1761,54

1800

18976,5

16508,6

2187,2

500,8

22779,7

1384,8

28722,11

1738,17

1900

20155

17518,4

2388,3

546,9

24204,4

1425,4

30512,2

1790,1

2000

21322,9

18532,4

2514

575,7

25605,1

1400,7

32276,74

1764,54

2100

22508,7

19546,3

-

575,7

27189,3

1583,8

34030,32


2200

23698,6

20556,1

-






2300

24880,2

21291

-






2400

26065

22605

-











Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.