Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Реферат - классификация паровых котлов - файл Классификация паровых котлов.doc


Реферат - классификация паровых котлов
скачать (48.6 kb.)

Доступные файлы (1):

Классификация паровых котлов.doc197kb.15.12.2006 19:21скачать

содержание

Классификация паровых котлов.doc

Федеральное агентство по образованию РФ

ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Энергетический институт

Кафедра экономики и управления на энергетических предприятиях


Реферат

На тему: «Классификация и типы паровых котлов»

Выполнила:

Ст. гр. ЭУЭ-05-2

Дёмина Ю.А.

Проверил:

Стрельников А. С.


Чита 2006
Содержание:
1. Введение. Тепловой баланс парового котла. Коэффициент

полезного действия.

2. Классификация паровых котлов. Параметры и маркировка. 2.1.Особенности и принцип работы барабанных котлов

  • Барабанные котлы с естественной циркуляцией малой

производительности (низкого и среднего давления)

  • Паровые барабанные котлы с развитыми котельными

пучками типа Е, Е(КЕ), ДКВ.

  • Котлы типа Е (ДЕ) и Е (ГМ).

  • Барабанные котлы высокого давления.

2.2. Прямоточные котлы.

3. Современные паровые котлы.

4. Заключение:

  • Глобальные проблемы энергетики

  • Программа расчета технических параметров внедрения метода

трехступенчатого сжигания на действующих котлах.

5. Приложение.

6. Список литературы.

1. ВВЕДЕНИЕ

Тепловой баланс парового котла. Коэффициент полезного действия.
Эффективность использования топлива в паровом котле определяется тремя основными факторами:

  1. полнотой сгорания топлива в топочной камере;

  2. глубиной охлаждения продуктов сгорания при прохождении поверхности нагрева;

  3. снижением сопутствующих процессу горения потерь теплоты в окружающую среду.

Полнота передачи теплоты топлива в котле к рабочей среде определяется КПД котла брутто. Последний определяется как отношение количества теплоты, воспринятой рабочей средой Q1, кДж/кг твердого и жидкого топлива, к располагаемой теплоте рабочей массы топлива, Qрр, кДж/кг:

=. (1)

Располагаемая теплота сжигаемого топлива в общем случае определяется по формуле
=(2) ,

где Qрн - низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг;Qтл – физическая теплота поступающего на горение твердого или жидкого топлива, кДж/кг; Qв.внш. – количество теплоты, полученной поступающим в котел воздухом при подогреве его вне агрегата, чаще всего в калориферах, кДж/кг; Qп.ф. – теплота пара, используемого в паромеханических форсунках для распыления мазута, кДж/кг; Qк – теплота разложения карбонатов минеральной массы твердого топлива, кДж/кг (учитывается при сжигании сланцев).

^ Физическая теплота поступающего топлива определяется его температурой

(3),

Где стл – удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг×К); tтл – температура топлива, ºС.

При сжигании твердого топлива его средняя температура tтл=0÷20ºС, а в зимний период может иметь даже отрицательные значения. Обязательным является учет Qтл при сжигании мазута, поскольку он подогревается для распыла в форсунке до 100-130ºС.

Количество теплоты, полученной воздухом при его подогреве вне котла, определяется по формуле

(4),

где - относительное количество воздуха, проходящего через нагревательную установку (калорифер); св – теплоемкость воздуха; tх.в., tв – температура холодного воздуха и воздуха перед поступлением в воздухоподогреватель (за калориферной установкой).

Теплота, внесенная паром при распылении мазута в форсунках,

(5),

где dф, iп.ф. – удельный расход пара, кг/кг топлива, и его энтальпия, кДж/кг (обычно dф=0,05÷0,1 кг/кг); I’’п – энтальпия пара, содержащегося в уходящих газах при атмосферном давлении и температуре , кДж/кг.

Доля затраченной теплоты на разложение карбонатов сланцев пропорциональна количеству выделяющейся при горении углекислоты СО2к, поэтому формула для определения Qк имеет вид:

Qк=40,5СОк2 (6).

В итоге располагаемое тепло при сжигании различных видов топлив определяют следующим образом:

Qрр=Qрн – для антрацитов, каменных и бурых углей с невысокой влажностью и сернистостью; = - для бурых углей с высокой влажностью, углей и мазута с высокой сернистостью; = - для мазута при наличии парового распыла в форсунках; Qрр=Qсн – для природного газа; Qрр=Qрн-Qк – для сланцев.

Количество теплоты, которое получило рабочее тело (вода, пар) в котле в расчете на 1 кг (м3) сжигаемого топлива,

(7),

где Dпе, Dвт – расход свежего пара и пара промежуточного (вторичного) перегрева, кг/с; Dпр – расход продувочной воды из барабана для поддержания заданного слоевого режима в контурах циркуляции, кг/с.

Величина Dпр. учитывается, когда она составляет не менее 2% Dпе; iп.п., iп.в., i – энтальпия перегретого пара, питательной воды и воды на линии насыщения при давлении в барабане, кДж/кг; i’’вт, iвт – энтальпия вторично-перегретого пара на выходе из промперегревателя и входе в него, кДж/кг; В – расход топлива, кг/с или м3/с.

Использованное количество теплоты в паровом котле можно выразить также через тепловосприятия отдельных поверхностей нагрева котла:

(8),

где Qт.к. – тепловосприятие рабочей среды в поверхностях топочной камеры, кДж/кг; Qкпе, Qвт – тепловосприятие пара в конвективных поверхностях основного и промежуточного перегревателей, кДж/кг; Qэк – тепловосприятие экономайзера, кДж/кг.

Часть располагаемой теплоты топлива в процессе работы котла неизбежно теряется и составляет тепловые потери. Распределение теплоты, поступающей в паровой котел, на полезно используемую теплоту и потери положено в основу составления теплового баланса парового котла. Уравнение теплового баланса отвечает установившемуся тепловому режиму работы котла, его обычно записывают в отношении к 1 кг или 1 м3 сжигаемого топлива:

Qpp=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 (9).

тепловые потери

Если разделить левую и правую части уравнения на Qpp и выразить в процентах, то получим:

100=q1+q2+q3+q4+q5+q6 (10).

Наименования потерь теплоты и их примерные значения в процентах указаны в табл. №1.

Потери теплоты в паровых котлах.

Таблица №1

^ Наименование потери

Относительная потеря, % от Qpp:

Потеря q, %

С уходящими газами

q2

4-7

С химическим недожогом топлива

q3

0-0,5

С механическим недожогом топлива

q4

0,5-5

От наружного охлаждения через обмуровку

q5

0,2-1

С физическим теплом удаляемых шлаков их топки

q6

0-3

Сумма тепловых потерь



6-12



Прямое определение КПД парового котла по формуле (1) может оказаться недостаточно точным и вызывает трудности при точных измерениях нескольких параметров: массовых расходов пар и топлива, определении теплоты сгорания топлива и отдельных составляющий располагаемой теплоты.

Коэффициент полезного действия парового котла брутто можно определить, зная сумму тепловых потерь при его работе, пользуясь методом обратного баланса:

(11).

Определение КПД парового котла методом обратного баланса, т. е. через установление суммы значений его тепловых потерь, может быть выполнено с большей точностью, чем по прямому балансу, так как сумма потерь составляет примерно часть Qpp и каждая из них определяется достаточно надежно. Этот метод является единственным при оценке тепловой экономичности проектируемого парового котла.

Зная тепловые потери, а следовательно, КПД брутто котла и используя формулы (1) и (7), можно определить расход топлива на котел, кг/с:

(12).

На этот расход топлива рассчитывают топливоприготовительное оборудование. В самом котле (при работе на твердом топливе) в большинстве случаев сгорает не все топливо, поскольку имеются потери с механическим недожогом q4. Для расчета действительных объемов продуктов сгорания и необходимого расхода воздуха на горение вводят понятие расчетного расхода топлива:

Вр=В(1-0,01q4) (13).

Коэффициент полезного действия брутто характеризует совершенство работы собственно парового котла. Однако его нормальная работа обеспечивается большим количеством вспомогательных машин и механизмов, потребляющих часть вырабатываемой блоком (электростанцией) электроэнергии. Затраты энергии на них называют собственным расходом котельной установки Nср. К расходу мощности на вспомогательное оборудование относят затраты на дутьевые вентиляторы, дымососы, оборудование пылесистемы, обдувочные аппараты и большое число электродвигателей дистанционного и автоматического управления. Доля затрат энергии на собственный расход котла, %, от общей выработки электроэнергии при его работе в блоке с турбиной

(14),

где В – расход топлива на паровой котел, кг/с; - КПД выработки электроэнергии на электростанции.

Величина для мощного парового котла составляет 4-5%. Если вычесть из затраты энергии на собственный расход, то получается КПД котла нетто, характеризующий эффективность работы котельной установки по отношению к электроэнергии, отпущенной потребителям:

(15).
^ 2. Классификация паровых котлов. Параметры и маркировка.
В зависимости от характеристики соответствующего тракта и его оборудования вводится соответствующая классификация паровых котлов.

По виду сжигаемого топлива различают паровые котлы для газообразного, жидкого и твердого топлива.

По особенностям газовоздушного тракта различают котлы с естественной тягой, с уравновешенной тягой и с наддувом. Паровые котлы, в которых движение воздуха и продуктов сгорания обеспечивается напором, возникающим под действием разностей плотностей атмосферного воздуха и газа в дымовой трубе, называются котлами с естественной тягой.

Если сопротивление газового тракта (так же как и воздушного) преодолевается работой дутьевых вентиляторов 4, то котлы работают с наддувом.

Котлы, в которых давление в топке и начального газохода (перед поверхностью нагрева 15) поддерживается близким к атмосферному совместной работой дутьевых вентиляторов и дымососов (соответственно 20 и 22 – рис.6 или 4 и 7 – рис.7), называют котлами с уравновешенной тягой. В этих котлах воздушный тракт находится под давлением и его сопротивление преодолевается с помощью дутьевого вентилятора, а газовый тракт находится под разрежением (сопротивление этого тракта преодолевается дымососом). Работа газового тракта под разрежением позволяет уменьшить выбросы из газоходов в котельное помещение высокотемпературных газов и золы.

В настоящее время стремятся все котлы, в том числе и с уравновешенной тягой, изготовлять в газоплотном исполнении.

По виду водопарового (пароводяного) тракта различают барабанные и прямоточные котлы. Во всех типах котлов по экономайзеру ^ 3 и пароперегревателю 7 вода и пар проходят однократно. Различие определяется принципом работы испарительных поверхностей нагрева 6.

В барабанных котлах пароводяная смесь в замкнутом контуре, включающем барабан 3, коллекторы 5, и испарительные поверхности нагрева (экраны 12 на рис.6 и трубы 6 на рис.8), проходит многократно, причем в котлах с принудительной циркуляцией перед входом воды в трубы испарительных поверхностей ставят дополнительный насос 8 (рис.8,б). В прямоточных котлах (рис.8,в) рабочее тело по всем поверхностям нагрева проходит однократно под действием напора, развиваемого питательным насосом 1.

По фазовому состоянию выводимого из котла (топки) шлака различают котла с твердым и жидким шлакоудалением. В котлах с твердым шлакоудалением (ТШУ) шлак из топки удаляется в твердом состоянии, а в котлах с жидким шлакоудалением (ЖМУ) шлак удаляется в расплавленном состоянии.

Паровые котлы характеризуются основными параметрами: номинальной паропроизводительностью, давлением, температурой пара (основного и промежуточного перегрева) и питательной воды.

Под номинальной паропроизводительностью понимают наибольшую нагрузку (т/ч или кг/с), которую стационарный котел должен обеспечивать в длительной эксплуатации при сжигании основного топлива (или при подводе номинального количества теплоты) при номинальных значениях температуры пара и питательной воды (с учетом допускаемых отклонений).

Номинальными давлением и температурой пара считают те, которые должны быть обеспечены непосредственно перед паропроводом к потребителю пара при номинальной производительности котла (для температуры - дополнительно при номинальном давлении и температуре питательной воды).

Номинальной температурой промежуточного перегрева пара называют температуру пара непосредственно за промежуточным пароперегревателем котла при номинальных значениях давления пара, температуры питательной воды, паропроизводительности, а также номинальных значениях остальных параметров пара промежуточного перегрева с учетом допускаемых отклонений.

Номинальная температура питательной воды - это температура, которую необходимо обеспечить перед входом воды в экономайзер или в другой относящийся к котлу подогреватель питательной воды (при их отсутствии – перед входом в барабан котла) при номинальной паропроизводительности.

По параметрам рабочего тела различают котлы низкого (мене 1 МПа), среднего (1-10 МПа) и сверхкритического давления (более 22,5 МПа). Наиболее характерные особенности котла и основные параметры вводятся в его обозначение. В принятых по ГОСТ 3619-82 обозначениях указывается тип котла, паропроизводительность (т/ч) и давление (МПа), температура перегрева и промежуточного перегрева пара, вид сжигаемого топлива и системы шлакоудаления для твердого топлива и некоторые другие особенности.

Буквенные обозначения типа котла и вида сжигаемого топлива: Е – с естественной циркуляцией, Пр – с принудительной циркуляцией, П – прямоточный, Пп – прямоточный с промежуточным перегревом; Еп – барабанный с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом; Г – газообразное топлива, М – мазут, Б – бурые угли, К – каменные угли, Т,Ж – соответственно с твердым и жидким шлакоудалением.

Например, котел барабанный с естественной циркуляцией производительностью 210 т/ч с давлением 13,8 МПа и температурой перегрева 565ºС на каменном угле с твердым шлакоудалением обозначают: Е-210-13,8-565 КТ.
^ 2.1. Особенности и принцип работы барабанных котлов
Барабанные котлы нашли широкое применение на тепловых электростанциях и теплоэлектроцентралях. Наличие барабана, в котором зафиксирована граница раздела между паром и водой, является отличительной чертой этих котлов. Питательная вода после экономайзера 2 (если его нет, то прямо после насоса 1 из питательного трубопровода) подается в барабан 3 (рис. 8,а), где смешивается с котловой водой (водой, заполняющей барабан). Верхняя часть объема барабана заполнена паром и называется паровым объемом (пространством) барабана, нижняя, заполненная водой, называется водяным объемом, а поверхность раздела между ними – зеркалом испарения. Смесь котловой и питательной воды с плотностью рв по опускным необогреваемым трубам из барабана поступает в нижние распределительные коллектора 5, питающие испарительные поверхности 6 (как правило, это топочные экраны). Вода, поднимаясь по трубам этих поверхностей, воспринимает теплоту от продуктов сгорания топлива (топочных газов), нагревается до температуры насыщения, а затем частично испаряется. Из обогреваемых труб полученная пароводяная смесь поступает в барабан, где происходит разделение пара и воды. Уровень воды (зеркало испарения) делит барабан на водный и паровой объемы. Из последнего пар по трубам, расположенным в верхней части барабана, направляется в пароперегреватель 7 (рис. 8,а). Вода же, смешиваясь в водяном объеме с питательной водой, поступающей из экономайзера, вновь направляется в опускные трубы.

Уровень воды в барабане при работе котла колеблется между низшим и высшим положением. Первое из них устанавливают исходя из обеспечения надежного поступления воды в опускные трубы, а второе – из исключения возможности попадания воды в пароперегреватель. Объем воды, заключенный между этими уровнями, позволяет барабанному котлу некоторое время работать без подачи в него питательной воды.

В парообразующих трубах за один проход испаряется лишь часть (4-25%) поступающей в них воды. Это позволяет обеспечить достаточно надежное охлаждение металла подъемных труб, а также предотвратить накопление солей, выпадающих при испарении воды на внутренней поверхности труб, путем организации непрерывного удаления части котловой воды из котла. Поэтому для питания воды котла допускается использование воды с довольно значительным содержанием растворимых в ней солей.

Замкнутую систему, состоящую из барабана 3, опускных труб 4, коллектора 5 и подъемных труб 6, по которым многократно движется рабочее тело, принято называть контуром циркуляции, а многократное движение оды в нем – циркуляцией. Движение рабочей среды, обусловленное только различием между массой столба воды в опускных трубах и пароводяной смеси в подъемных, называется естественной циркуляцией, а паровой котел – барабанным с естественной циркуляцией.

Возникающий в контурах циркуляции перепад давлений, называемых движущим напором циркуляции, зависит от высоты контура Н и разности плотностей воды Р в опускных и пароводяной смеси Р в подъемных трубах:



Он расходуется на преодоление сопротивления движению рабочего тела по трубам. Обычно его величина в паровых котлах с естественной циркуляцией относительно невелика (не более 0,1 МПа), что не позволяет развивать в контурах циркуляции высоких скоростей. Так как при невысоких скоростях пароводяной смеси возможно ее расслоение, то в котлах с естественной циркуляцией обогреваемые трубы не могут располагаться горизонтально или быть слабонаклоненными: преимущественное расположение труб - вертикальное.

Естественную циркуляцию следует принять к котлах с давлением в барабане на выше 17,5-18,5 МПа. При высоком давлении (близком к критическому) из-за малой разницы в плотностях пара и волы обеспечение устойчивого движения рабочей среды в циркуляционном контуре весьма затруднительно. В этом случае в котле следует использовать принудительную циркуляцию.

Установка циркуляционного насоса в котлах с принудительной циркуляцией (рис. 8,б) позволяет повысить напор в циркуляционном контуре и обеспечить произвольное (как вертикальное, так и горизонтальное) расположение обогреваемых труб, а так же повысить степень парообразования, влекущее уменьшение кратности циркуляции (отношение количества поступающей в контур циркуляции воды к количеству образующегося пара). Так, если в паровых котлах с естественной циркуляцией в зависимости от высоты контура и параметров рабочего тела кратность циркуляции составляет К=5÷30, то в паровых котлах с принудительной циркуляцией она уменьшается до К=3÷10.
^ 2.1.1. Барабанные котлы с естественной циркуляцией малой производительности (низкого и среднего давления)
Простейшим барабанным котлом с естественной циркуляцией является цилиндрический котел (рис. 9,а), выполненный в виде горизонтального барабана 2, на ¾ объема заполненного водой, с топкой 1 под ним. Стенки барабана, обогреваемые снаружи продуктами горения топлива, выполняют роль теплообменной поверхности. Этот котел при простоте конструкции и ряде эксплуатационных достоинств имел относительно большие габаритные размеры, малую величину удельного паросъема (количество пара, кг, с 1 м2 поверхности нагрева), значительную величину удельного расхода металла, низкий КПД.

Совершенствование его конструкции было связано с повышением паропроизводительности котла, параметров пара, вырабатываемого кот лом, его КПД, а также с уменьшением удельного расхода металла на изготовление. Это производилось путем увеличения поверхностей нагрева в одном агрегате, например, расположением в водном объеме барабана труб, обогреваемых топочными газами. Так появились жаротрубные, дымогарные и комбинированные газотрубные котлы. В жаротрубных котлах (рис. 9,б) в одном объеме барабана 2 устанавливали несколько жаровых труб 3 большого диаметра (500-800 мм), а в дымогарных и комбинированных газотрубных котлах (рис. 9,в) устанавливали пучок дымогарных труб 4 малого диаметра, причем в комбинированных котлах топочная камера 1 размещалась внутри барабана 2 у одной из его стен.

Производительность этих котлов и повышение параметров пара ограничивались возможностью размещения труб в водяном объеме барабана.

Дальнейшее развитие конструкции паровых котлов связано с заменой одного барабана несколькими цилиндрами меньшего диаметра, заполненными водой и пароводяной смесью. Это привело вначале к созданию батарейных паровых котлов, а затем при замене части этих цилиндров трубами меньшего диаметра, расположенными в потоке дымовых газов, к созданию водотрубных котлов. Большие возможности увеличения паропроизводительности в этом типе котлов обеспечили их широкое распространение в энергетике. Первоначально водотрубные котлы имели слабонаклоненные к горизонтали (10-15º) пучки труб 6, которые с помощью камер 5 (рис. 9,г) или круглых камер присоединялись к одному или нескольким горизонтальным барабанам. Колы такой конструкции получили название горизонтально-водотрубных. Среди них следует выделить котлы В. Г. Щухова (рис. 9,д), широко ранее применявшиеся при давлении 0,8-1,5 МПа. Идея разделения общих камер, барабанов и труб на однотипные группы (секции0 с одинаковой длинной и числом труб, заложенная в их конструкцию, давала возможность собирать котлы разной паропроизводительности из стандартных деталей. Вместе с тем котлы не были приспособлены к резким изменениям нагрузки, сложно решались вопросы очистки труб от загрязнений, затраты металла на единицу производительности были высоки.

В значительной мере эти проблемы удалось решить в вертикально-водотрубных котлах (рис. 9, е, ж).

Вертикально-водотрубные котлы, получившие широкое применение в энергетике, в отличие от газотрубных обладают практически неограниченными возможностями увеличения паропроизводительности. Основные особенности конструктивных изменений сводились к следующему. Последовательно осуществлен переход от многобарабанной (рис. 9,е) к однобарабанной конструкции (рис. 9.ж). Нижний барабан 7 заменен цилиндрической камерой 10 небольшого диаметра (коллектором). Опускные трубы 9 и барабан 2 частично вынесены из зоны обогрева за обмуровку котла. Реализовано полное экранирование топочной камеры. Конвективные пучки труб с продольным омыванием дымовыми газами заменены на пучки 6 с поперечным омыванием. Внедрены подогрев воздуха и пароперегреватели 8.

Некоторые типы современных вертикально-водотрубных котлов, применяемых в котельных установках небольшой мощности.
^ 2.1.2. Паровые двухбарабанные котлы с развитыми котельными пучками типа Е, Е (КЕ), ДКВ.

В котлах типа Е (рис.10), применяемых для сжигания газового, жидкого и твердого топлива, топочная камера 2 изнутри покрыта боковыми 6 и фронтально-потолочными 5 экранами, соединенными с входными коллекторами 1 и 3. Пароводяная смесь из экранов поступает в верхний барабан 7 (из боковых экранов после коллектора 4). За топкой в газоходе, имеющем поперечные перегородки, расположен котельный пучок 9, образующий с барабанами 7 и 10 самостоятельный циркуляционный контур, в котором по передним, сильно обогреваемым трубам, поднимается пароводяная смесь, а по задним, слабообогреваемым, опускается вода.

Эти котлы малой производительности (до 1 т/ч) и давления (0,9 МПа), не имеют экономайзеров и перегревателей, предусмотрена установка дымососа для удаления газов.

Котлы ДКВ, ДКВр (рис. 11) применяют с продольным расположением барабанов 6 и 10, причем нижний барабан 10 укорочен, что позволяет в передней части котла разместить колосниковую решетку 1 и топочную камеру 3, покрытую экранами 4. Вода в экраны поступает из коллекторов 2, а пароводяная смесь отводится в переднюю часть барабана 6. Отпускные трубы 5 экранов служат одновременно опорами передней части верхнего барабана, а задняя часть барабана 6 через трубы котельного пучка 7 и нижний барабан 10 опирается на постамент 11. Котлы выпускаются производительностью 2,5- 3,5 т/ч на насыщенном или перегретом паре с давлением 1,3- 3,8 МПа. В котлах производительностью 10, 20 и 35 т/ч экранированы не только боковые стенки топки, но фронтовая и задняя (рис. 11). Между трубами котельного пучка предусмотрены вертикальные перегородки 9, обеспечивающие более полное омывание труб газами в результате горизонтальных поворотов. При установке пароперегревателя его размещают за правой перегородкой вместо части труб кипятильного пучка.

Котлы малой мощности серии Е (КЕ), выпускаемые производительностью 2,5-25 т/ч для получения насыщенного и перегретого пара, используются на технологические и отопительно- вентиляционные нужды различных отраслей промышленности, строительства, сельского хозяйства. Они предназначены для слоевого сжигания бурых и каменных углей, имеют экранированную трубами топочную камеру, разделенную кирпичной перегородкой 13 (как и в котлах ДКВр производительностью более 10 т/ч) на собственно топку 3 и камеру догорания 12 (рис. 12). Топочные экраны из труб диаметром 51×2,5 установлены с плотным шагом S= 55 мм, что позволяет облегчить обмуровку 8 за экранами. Конструктивно котлы этой серии похожи на котлы ДКВр. В случае применения экономайзера и пароперегревателя их устанавливают отдельно в газоходе за котлом.

^ 2.1.3. Котлы типа Е (ДЕ) и Е (ГМ).

Для использования насыщенного и перегретого (до 380-440°С) пара давлением 1,4-3,9 МПа на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения широко используются газомазутные котлы серии Е (ДЕ) и Е (ГМ).

Котлы Е (ДЕ) производительностью 4- 25 т/ч (за исключением топки) похожи на котлы Е (КЕ) и ДКВр – двухбарабанные с продольным расположением барабанов. Они экранированы по всем стенам топки, в газоходе между барабанами имеют котельный пучок с установленными в нём перегородками. Котлы изготавливаются и поставляются блоками, включающими барабаны, экраны и кипятильный (котельный) пучок, каркас и опорную раму. Отдельными блоками поставляются чугунные экономайзеры и пароперегреватели. На монтаже котлы обмуровывают и обшивают металлическим листом.

В котлах Е (ГМ) (рис. 13) сохранены верхний 8 и нижний 11 барабаны, соединенные трубами котельного пучка 10, как и в ранее рассмотренных конструкциях котлов низкого давления. Однако высота и объём топочной камеры 3 значительно превышают размеры котельного пучка. Топочная камера плотно экранирована трубами 2, питающимися водой из нижнего коллектора 1, соединенного опускными трубами 15 с нижним барабаном 11. Пароводяная смесь из экранов 2 собирается в выходных коллекторах 6 и по трубам 7 отводится в верхний барабан или в выносной циклон 5. Трубы заднего однорядного экрана переходят вверху в многорядный фестон 9.

Котел имеет помимо топки и соединительного газохода, в котором расположен котельный пучок, еще два газохода - опускной и подъемный. В опускном газоходе расположен стальной змеевиковый пароперегреватель 12 и воздухоподогреватель 14, а в подъемном – вынесенный экономайзер из чугунных ребристых труб. Поверхности нагрева подвешены к балкам каркаса, опирающегося вместе с обмуровкой на фундамент. Основные характеристики котлов типа Е (ГМ) приведены в таблице 1.

С повышением производительности котлов и применением факельного сжигания твёрдого топлива, а также в газомазутных котлах увеличиваются объём топки и поверхность её стен, которые в современных котлах покрыты трубами – топочными экранами. Так как в котлах с естественной циркуляцией топочные экраны преимущественно испарительные поверхности нагрева, то с ростом производительности котла роль кипятильных (котельных) пучков постепенно уменьшается и отпадает надобность в установке двух барабанов, что видно при сопоставлении котлов (рис. 10 – 13) с однобарабанным котлом (рис. 14).

Однобарабанные вертикально – водотрубные паровые котлы с естественной циркуляцией среднего давления выпускаются на давление 2,4 и 3,9 МПа, производительностью 25, 35, 50, 75, 100 и 160 т/ч с перегревом пара до 440*С. Как правило, они имеют П – образную компоновку с размещением топки в подъёмной шахте и конвективных поверхностей нагрева (экономайзера, воздухоподогревателей, а иногда и ступеней пароперегревателя ) в опускном газоходе.

На рис. 14 приведён однобарабанный котёл типа БКЗ -7539Ф (Е -75 -3,9 -440 –БТ) с пылевидным сжиганием твёрдого топлива. Все стены топочной камеры 4 экранированы испарительными трубами 5, образующими вместе с опускными трубами 6, нижними 2 и верхними 7 коллекторами и барабаном 8 отдельные циркуляционные контуры. Трубы заднего экрана переходят в верхней части у горизонтального газохода в четырёхрядный фестон 9. Размалываемое в мельницах 1 топливо вместе с подсушивающим воздухом входит в топку через прямоточные горелки 3, расположенные на фронтовой стене.

В горизонтальном газоходе за фестоном расположен вертикальный пароперегреватель 10, состоящий из двух ступеней (1 и 2).

В опускной конвективной шахте расположены экономайзер ^ 11 и воздухоподогреватель 12 (по две ступени 1 и 11). Подобная компоновка поверхностей нагрева котла характерна для большинства котлов с естественной циркуляцией как среднего, так и высокого давления, производительностью равной или более 35 т/ч.
^ 2.1.4. Барабанные котлы высокого давления.
На тепловых электростанциях России и в промышленных котельных при докритическом давлении наиболее распространёнными являются котлы с естественной циркуляцией. В основном это однобарабанные котлы (рис. 15) с топочными камерами 3 больших размеров, покрытыми из нутрии экранными трубами 2, являющимися испарительной поверхностью нагрева. Как в котлах среднего давления повышенной производительности, вода в экранные трубы поступает из барабана 6 по опускным трубам 4 и раздающему нижнему коллектору 1, а пароводяная смесь отводится в верхние коллекторы 5 и перепускным трубам поступает снова в барабан 6. Насыщенный пар, отделяемый в барабане от воды, по подводящим трубам направляется сначала в радиационный потолочный пароперегреватель 7, а затем в различной последовательности в ширмовый 8 и конвективный пароперегреватель 9.

Соотношение размеров нагревателей, испарительной и перегревательной поверхностей котла, их компоновка в нём во многом зависит от параметров пара (температуры и давления). Поскольку с увеличением давления и температуры энтальпия жидкости и пара возрастает, а теплота парообразования, наоборот, падает, то с ростом параметров пара увеличивается доля экономайзерной и перегревательной поверхностей в котле и соответственно уменьшается доля испарительной поверхности (рис. 16).

В зависимости от параметров пара и соотношения испарительных и перегревательных поверхностей на выходе из топки устанавливают ширмовый пароперегреватель 8 (рис. 15) в котлах высокого давления или фестон 9 (рис. 14) на котлах среднего и пониженных значений высокого давления. Пароперегреватели располагают в горизонтальном переходном газоходе и также иногда в верхней части опускного газохода конвективной шахты. Далее по ходу газов находятся экономайзер и воздухоподогреватель.

Барабанные котлы с естественной циркуляцией в отечественной энергетике применяют до давлений 18,5 МПа. При более высоком давлении (рис. 17) плотность пара приближается к плотности воды, и развиваемый напор естественной циркуляции стремится к нулю, а при Р>22,5 МПа пароводяная смесь становится однородной (рп≈рв) и движение рабочего тела при естественной циркуляции прекращается, т.е. при таком давлении барабанные котлы с естественной циркуляцией неработоспособны. При Р>Ркр используются только прямоточные котлы.
^ 2.2. Прямоточные котлы.
В прямоточных котлах отсутствует барабан. Питательная вода в них, как и в барабанных котлах, последовательно проходит экономайзер 2 (рис. 8,в), испарительные 6 и пароперегревательные поверхности 7. Движение рабочей среды по поверхностям нагрева однократное. Осуществляется оно за счёт напора, создаваемого питательным насосом 1. Вода, поступающая в испарительную поверхность, на выходе из неё полностью превращается в пар. Это позволяет отказаться от тяжелого и громоздкого барабана. Надёжное охлаждение металла труб испарительной поверхности обеспечивается повышенными скоростями рабочего тела. В прямоточных котлах нет чёткой фиксации границ между экономайзерной, парообразующей и пароперегревательной зонами. Изменение параметров питательной воды (температуры, давления), характеристик топлива, воздушного режима приводит к изменению соотношения между размерами экономайзерной, испарительных и пароперегревательных зон. Меняется и положение границ между этими зонами. Так, снижение давления в котле приводит к уменьшению размеров экономайзерной зоны (зоны подогрева), увеличению испарительной зоны (из-за роста при снижении давления величины теплоты парообразования) и некоторому сокращению зоны перегрева.

Прямоточные котлы по сравнению с барабанными имеют значительно меньший аккумулирующий объем воды. Поэтому при их работе требуется синхронизация подачи воды, топлива и воздуха в котле. При ее нарушении в турбину может поступать недогретый либо чрезмерно перегретый пар.

Прямоточные котлы могут работать как на докритических, так и на сверхкритических давлениях. Требования к качеству питательной воды у них значительно выше, чем у барабанных котлов, ибо даже при ее хорошем качестве (когда содержание солей в ней измеряется миллионными долями грамма) из-за постоянного роста отложений в трубах прямоточные котлы приходится периодически останавливать и подвергать кислотной промывке. Наиболее интенсивное отложение солей происходит в той части испарительной зоны, в которой испаряются последние капли влаги и начинается перегрев пара. В котлах докритического давления эта часть испарительной зоны по величине изменения энтальпии достаточно узка (200- 250 кДж/кг) и ее размещают в конвективной шахте (выносная переходная зона). При сравнительно невысокой температуре продуктов сгорания, обтекающих змеевики выносной переходной зоны, отложения солей вызывают незначительный рост температуры стенки металла. Поэтому толщину отложений можно допускать большой, не опасаясь пережога труб, удлиняя тем самым межпромывочный период котла.

Появление прямоточных котлов связано со стремлением упростить конструкцию барабанных котлов, отказаться от громоздкого дорогостоящего барабана. Их распространение в России связаны с именем Л. К. Рамзина, под руководством которого был проведен большой объем исследовательских и конструкторских работ по созданию прямоточного котла докритического давления, а также создан котел сверхкритического давления.

В котле Л. К. Рамзина (рис. 18) вода после питательного насоса ^ 8 по трубопроводам направляется в экономайзер 7 и далее по необогреваемым трубам во входные 1 коллекторы радиационной части, разделенной по высоте на нижнюю радиационную 2 (НРЧ) и верхнюю 4 (ВРЧ) части. Иногда выделяют также и среднюю радиационную часть (СРЧ), устанавливаемую после НРЧ. Нижняя радиационная часть выполнена в виде ленты труб с горизонтально- подъемной навивкой по стенам топки (рис. 18, б). В НРЧ вода догревается до кипения и примерно 80% ее испаряется. Из НРЧ пароводяная смесь направляется в переходную зону 6, расположенную в конвективном газоходе. В переходной зоне завершается испарение воды и осуществляется слабый перегрев пара (на 10- 20°С). При этом часть солей, содержащихся в воде, может выпадать в виде накипи на стенках труб. Затем пар направляется в ВРЧ и после потолочных труб в выходной конвективный перегреватель, а оттуда в турбину.

Прямоточные котлы нашли широкое применение на электростанциях. Вследствие того, что при давлении выше критического плотности пара (рп)и воды (рв) практически равны (рис. 17), барабанные котлы с естественной циркуляцией не могут работать и основным типом котлов становятся прямоточные. В отопительных же котельных и на теплоэлектроцентралях при докритическом давлении в основном применяются барабанные котлы с естественной циркуляцией, которые рассматриваются при изложении последующего материала.

^ 3. Особенности современных паровых котлов
На электростанциях большинство прямоточных котлов работает при СКД в энергоблоках мощностью 300 МВт и выше. В эксплуатации находятся также прямоточные котлы ДКД, установленные в энергоблоках 150- 200 МВт, но их производство для крупной энергетики прекращено.

В 60-х годах мощные прямоточные котлы изготовляли двухкорпусными, т. е. в виде двух симметричных корпусов, составляющих с турбиной дубль- блок. Эксплуатация не выявила существенных преимуществ по надежности энергоблоков с двухкорпусными котлами в сравнении с однокорпусными. Недостатки же их усложнили эксплуатацию. Это способствовало переходу к производству однокорпусных паровых котлов для работы в моноблоке. При этом сокращается число рабочих потоков, укрупняется вспомогательное оборудование (РВП, ДВ, ДМ).

Однокорпусные котлы для энергоблоков 300 МВт выполняются с призматической топочной камерой без пережима, что позволяет снизить до безопасного уровня средние тепловые нагрузки топочных экранов в зоне ядра факела. Этому служит рециркуляция продуктов сгорания, отбираемых при относительно низкой температуре из конвективного газохода и подаваемых дымососом рециркуляции в топочную камеру. Уменьшено тепловосприятие рабочей среды в НРЧ, что, кроме стабилизации температурного режима экранов, способствует уменьшению высокотемпературной коррозии. Сжигание организованно при минимальных избытках воздуха, позволяющих эффективно бороться с низкотемпературной газовой коррозией и интенсивным загрязнением поверхностей нагрева.

В последние годы широкое распространение получили котлы с газоплотными ограждениями. Принцип газоплотности легче реализуется при выполнении топочных экранов из вертикальных панелей с одноходовым движением рабочей среды. Такая возможность появляется в котлах высокой производительности. Газоплотные ограждения позволяют существенно повысить экономичность и надежность оборудования. Основные преимущества газоплотных котлов: отсутствие присосов в топку и газоходы ( снижение q2 ); уменьшение собственного расхода энергии на транспорт воздуха и продуктов сгорания при замене дымососа дутьевым вентилятором ; возможность реализации оптимального режима горения с предельно малыми избытками воздуха и тем самым предотвращение низкотемпературной коррозии и сильного загрязнения поверхностей нагрева, а при сжигании сернистого мазута – и высокотемпературной коррозии ; замена тяжелой обмуровки легкой тепловой изоляцией ( уменьшение потери теплоты и сокращение продолжительности пусков и остановолв, облегчение каркаса и фундамента котла );облегчение очистки топки от шлака и сажи обмывкой экранов водой без повреждения обмуровки.

Применение наддува предъявляет ряд требований к конструкции котла: предпочтительно однокорпусное его исполнение, уменьшающее удельную поверхность дорогостоящих газоплотных стенок; ограждение топки и газоходов сварными экранными панелями; уменьшение числа автономных регулируемых потоков рабочей среды, позволяющее наряду с другими достоинствами, общими для котлов всех типов, обеспечить минимальный объем сложной герметизации в местах прохода труб через газоплотные стенки; уменьшение размера фронта топочной камеры и соответствующее увеличение глубины и высоты; в целях уменьшения разности температур между свариваемыми панелями- рециркуляция рабочей среды в настенных поверхностях нагрева и байпасирование ее мимо обогреваемых поверхностей нагрева.

В котлах с наддувом выход труб перегревателя СКД выполняют через сварные панели потолка, имеющего второе перекрытие. Конвективные пакеты промперегревателя располагают в опускном газоходе горизонтально и для уменьшения влияния возможных температурных неравномерностей его секционируют по ширине газохода на автономные параллельные потоки. Все стены конвективной шахты также покрыты газоплотными экранами из труб экономайзера или пароперегревателя.

Современные крупные агрегаты конструируются таким образом, что основной несущий каркас котла совмещается с каркасом здания. При этом совмещении достигается заметная экономия металла, например для газомазутного котла ТГМП- 204 около 1500 т на один энергоблок мощностью 800 МВт. Такая конструкция применяется на новых котлах энергоблоков мощностью 500, 800 и 1200 МВт, не только газомазутных, но и пылеугольных.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблемы энергетики

4.1. Глобальные проблемы энергетики.
Главной проблемой энергетики является экологическая проблема. Ущерб, нанесенный растительности, животному миру, здоровью людей и сооружениям выбросами кислотных газов (SO2, NOx) и золы от тепловых электростанций, заставили общество по- иному взглянуть на проблемы энергетики, вырабатывать и реализовать новые требования к выбросам и стокам ТЭС, необходимые для выживания человечества и сохранения среды его обитания. Это было сделано с помощью очистных устройств и изменений основных технологий производства электроэнергии из органических топлив.

В последние годы общественность и определенные политические силы озабочены опасениями о глобальном потеплении, которое может возникнуть из- за увеличения концентрации СО2 в атмосфере, вызванного человеческой деятельностью, в частности, выбросами ТЭС. Вследствие этого необходимо стремиться к сокращению антропогенных выбросов СО2 всеми экономически оправданными мерами, такими как энергосбережение, повышение экономичности производства электроэнергии, реализация комбинированного производства различных энергоносителей и товаров, использование мало- и неуглеродных энергоисточников. Необходимо также разрабатывать радикальные методы и технологии сепарации СО2, образующегося при использовании органических топлив, и его захоронения под землей или в глубинах океана.

^ 4.2. Программа расчета технических параметров внедрения метода трехступенчатого сжигания на действующих котлах.

В настоящее время одной из наиболее острых экологических проблем является загрязнение атмосферного воздуха токсичными веществами. Большая часть этих веществ поступает в атмосферу с выбросами тепловых электростанций и промышленных котельных. Объясняется это тем, что в результате сжигания органического топлива в продуктах сгорания образуются оксиды серы, азота, углерода, бенз(а)пирен, твердые частицы и др., которые негативно влияют на здоровье человека, животных и растительный мир.

Одним из наиболее опасных токсичных веществ являются оксиды азота, количество которых в дымовых газах можно уменьшить за счет использования достаточно недорогих методов сжигания: работы котла с малыми избытками воздуха, ввода газов рециркуляции в зону активного горения (ЗАГ), двухступенчатого сжигания, малотоксичных горелок, трехступенчатого сжигания и др.

Самым эффективным из этих методов является трехступенчатое сжигание (рис.1). Сущность этого способа заключается в следующем:


Рис. 1. Схема топочного устройства с

организацией трехступенчатого сжигания

Большое число экспериментальных данных, полученных в опытах на стендовых установках и реальных котлах, позволило разработать методику инженерного расчета технических параметров внедрения метода трехступенчатого сжигания, как при создании новых котлов, так и при реконструкции действующих.

Анализ результатов исследований позволил предположить, что температура на выходе из топки при переходе от традиционного факельного сжигания к трехступенчатому не меняется.

Отметка высоты установки дополнительных горелок, которая определяет время пребывания продуктов горения в основной зоне, рассчитывается исходя из требования полного выгорания и примерно 90%-ного выгорания коксового остатка угля. При этом учитывается конфигурация нижней части топки и реакционные свойства топлива.
Список литературы:



  1. Деев Л. В., Котельные установки и их обслуживание, М., «Высшая школа», 1990 г.

  2. Паршин А. А., Технология котлостроения, М., «Машиностроение», 1993 г.

  3. Сидельников Л. И., Котельные установки промышленных предприятий, М., Энергоатомиздат., 1988 г.

  4. Резников М. И., Липов Ю. М., Паровые котлы тепловых электрических станций, М., Энергоиздат, 1981 г.

  5. Щеглов М. М., Гусев Ю. Л.. Иванова М. С., Котельные установки, М., Издат. литературы по строительству, 1972 г.

  6. «Электрические станции», М., «Энергопрогресс», 2003 г., №10; 2005 г., №1, 2, 5.

  7. Прокофьев А. М., Большой энциклопедический словарь, М., «Советская энциклопедия», 1994 г.

  8. Коэлхо Л., Симао В. С., Перспективы применения трехступенчатого сжигания на топливных электростанциях, М.. ВТИ, 2002 г.

  9. Пал М. Х., Энергия и защита окружающей среды, М., «ТЭК», 2001 г., №4, 11.



Скачать файл (48.6 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации