Розробка топково-пальникового пристрою котла

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 кам’ному 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 кам’яному 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 Р_ПЕ=15,2МПа. Температура перегрітої пари t_ПЕ =570⁰С. Температура живильної води t_ж.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, %:

V^daf=3,5 (1, табл.1, с.153).

V^daf<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 масу – шлак, 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 розм’якшення -                     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 зв’язок 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 топково–пальникового 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 υ_г > t_{нр .}, де t_нр= 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 1000–1150^оС. 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 1050^оС. 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 t_ГП= 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:

Δα_т=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:

α_пл=0,1; присоси в пароперегрівачі ППЕ:

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

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

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

Δα_пп =0,15.

α_від = α_т+ Δα_ппе+ Δα_ппе+ Δα_пп+ Δα_ве+ Δα_пп.+ Δα_пл.; (2.2)

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

2.3 Розрахунок об’ємів 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 a = 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.