Котельные установки

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ «БЕЛЭНЕРГО»

УЧЕРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«МИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНРГЕТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Контрольная работа № 1

Вариант № 9

Группа:     Курс: 4  Шифр:

Специальность: Тепловые электрические станции

  Адрес учащегося: 

1.Технические характеристики твердого топлива

Зольность, влажность и выход летучих являются техническими характеристиками топлива и оказывают существенное влияние как на конструкцию парогенератора и вспомогательного оборудования всей парогенераторной установки, так и на организацию ее эксплуата­ции.

Зольность. Ископаемое топливо содержит негорючие минеральные вещества, которые состоят главным образом из глины Al2O3x2SiO2 x2Н20, силикатов Si02 и железного колчедана FeS2. В их состав, кроме того, входят: сульфаты кальция и железа, закись железа, окислы раз­личных металлов, фосфаты, щелочи, хлориды и т. д. Однако минераль­ные примеси сланцев в основном со­стоят из карбонатов кальция СаСОз и магния MgC03.

При сжигании топлива его ми­неральные примеси претерпевают ряд превращений, в процессе кото­рых образуется зола, причем мине­ральные примеси и зола различают­ся не только по химическому соста­ву, но и количественно. У большин­ства углей минеральная часть на 7—15% больше, чем их лаборатор­ная зольность. Поэтому понятие зольности топлива условно. Однако этот термин является общеприня­тым.

Образовавшаяся зола представ­ляет собой смесь минералов, нахо­дившихся в свободном состоянии или связанных с топливом. Зола, рас­плавленная при высокой температу­ре в топочной камере, образует шлак. Следовательно, шлак представляет собой твердый раствор минералов, и его химический состав .отличает­ся от состава золы.

Из свойств золы, оказывающих большое влияние на организацию процесса сжигания топлива и выбор метода удаления из топочной каме­ры золы и шлака, особое значение имеет характеристика ее плавкости. Плавкость определяют в лаборатор­ных условиях при постепенном на­греве в электрической печи спе­циально приготовленных из иссле­дуемой золы трехгранных пирами­док. В процессе нагрева отмечают следующие характерные значения температуры:

t 1 — начала деформации, соот­ветствующая изменению формы (закругление вершины пирамидки);

t2 — размягчения, при которой вершина пирамидки касается плос­кости ее основания или пирамидка приобретает сферическую форму;

t3— жидкоплавкого состояния, при которой пирамидка растекается на плоскости.

Характеристики плавкости золы обычно приводятся в таблицах топлив

Кроме приведенных значений температуры t1, t2 и t3 различают температуру истинно жидкого со­стояния to, называемую критической, под которой понимают температуру, выше которой    шлак    подчиняется законам течения истинной жидкости (отсутствует твердая фаза).

При удалении шлака в жидком состоянии большое значение имеет вязкость шлака или ее обратная ве­личина— текучесть 1/μ, а также за­висимость текучести от температуры.

Большая зольность снижает удельную теплоту сгорания топлива и соответственно увеличивает рас­ход топлива и затраты на его пере­возку, усиливает абразивный износ и загрязнение поверхностей нагре­ва, увеличивает сопротивление газо­вого тракта, снижает интенсивность передачи тепла из-за необходимости ограничения скорости газов, удоро­жает оборудование для размола топлива, золоулавливания и золо­удаления, загрязняет воздушный бассейн в районе электростанции. Расплавленная зола ухудшает вы­горание топлива.

Влажность. Различают влагу механически удерживаемую, капил­лярную, коллоидную и кристаллогидратную.

Грунтовая вода и атмосферные осадки, попадающие в топливо, ме­ханически удерживаются на его по­верхности. Количество механически удерживаемой влаги зависит от фракционного состава — оно тем больше, чем мельче топливо.

Капил­лярная влага находится в капилля­рах и порах, имеющихся в большом количестве в торфе и буром угле.

Коллоидная влага является состав­ной частью топлива.

Кристаллогидратная влага входит в состав мине­ральных примесей топлива.

При подсушке топлива почти полностью испаряется механически удерживаемая и капиллярная влага и часть коллоидной влаги. Практи­чески не меняется содержание кристаллогидратной влаги, требующей для ее удаления высокой температуры. Оставшаяся влага топлива называется гигроскопической.

Гигроскопические свойства топлива находятся в определенной зависимости от степени его углефикации, с повышением которой содержание гигроскопической влаги уменьшается.

Повышенная влажность топлива вызывает ряд трудностей: снижает удельную теплоту сгорания и увеличивает расход топлива и затраты на его транспорт, увеличивает объем продуктов сгорания и потерю тепла с уходящими газами, увеличивает расход энергии на привод дымососа, усиливает коррозию и загрязнение поверхностей нагрева, главным образом воздухоподогревателя.

Большинство сортов твердого топлива обладает значительной подвижностью частиц, т. е. характеризуется хорошей сыпучестью при угле естественного откоса 40—50°. Однако с повышением влажности сыпучесть ухудшается, и при достижении так называемой предельной влажности наступает полная потеря сыпучести. В зимнее время высокая влажность вызывает смерзаемость топлива. По этой причине наблюдаются случаи резкого уменьшения подачи топлива и аварийного сброса нагрузки.

Влага, содержащаяся в топливе, оказывает весьма существенное влияние на проектирование электростанции в целом и эксплуатацию ее оборудования. Поэтому влажность является важной технической характеристикой топлива.

Летучие вещества. При нагревании без доступа воздуха твердое топливо разделяется на газообразную и парообразную (смоляную) часть, называемую летучими веществами, и твердый остаток — кокс. Количество образующихся летучих веществ, или выход летучих, выражают в процентах горючей массы. При нагревании   топлива   сначала выделяются водяные пары, а затем летучие вещества, представляющие собой смесь горючих газов (СО, Н2 СН4, СтНн), негорючих газов (О2, С02 и др.) и парообразных углеводородных соединений. Основная масса летучих веществ выделяется при нагреве до 850 °С (рис. 2-4). Для полного выделения летучих необходимо подогреть топливо до 1100—1200 °С. Длительность нагрева также оказывает влияние на полноту выхода летучих.

Степень углефикации топлива и выход летучих взаимосвязаны. Топливо с малой степенью углефикации имеет большой выход летучих, но в его состав входит много кислорода и мало углеводородов, в связи с чем удельная теплота сгорания летучих небольшая, например для каменного угля марки Д Vг>36%, Qглет≈ 19 МДж/кг летучих. Наоборот, малый выход летучих характерен для топлива, подвергшегося глубокой углефикации. Однако летучие такого топлива состоят главным образом из углеводородов, и поэтому их удельная теплота сгорания в несколько раз выше. В частности, для антрацита Vr=4%, Qг≈67 МДж/кг летучих.

Выделение летучих при большом их выходе начинается при более низкой температуре, чем у топлива с малым выходом летучих. Наибольшее количество летучих выделяется при относительно невысокой температуре, в пределах 300— 600°С. Поэтому влияние летучих особенно велико в начальной стадии горения (при воспламенении топлива) . Выделившиеся при низкой температуре летучие обволакивают частицы топлива, легко загораются сами и способствуют зажиганию этих частиц.

Выход летучих является одной из важнейших характеристик твердого топлива; от него зависят условия воспламенения и характер горения топлива. Выход летучих оказывает непосредственное влияние на организацию топочного процесса, выбор объема топочной камеры, эффективность (полноту) сжигания топлива. Эта характеристика положена в основу классификации твердых топлив.

2.Объем продуктов сгорания твердого и жидкого топлива и его составляющие.

      При полном сгорании топлива продукты сгорания содержат газы: СО2, S2O, N2, О2 и пары воды Н2О, т. е. СО2 + S2O + N2 + О2 + Н2О = 100 %. Полный объем продуктов сгорания Vг (м3/кг) представляет собой сумму объемов сухих газов Vс.г. и водяных паров VН2О :

                       Vг = Vс.г. + VН2О ,  при этом Vс.г. = VRO2 + VN2 + VO2 ,

  где VR2O = VCO2 + VSO2 - объем трехатомных газов( м3/кг) ;VN2 + VO2 - объем двухатомных газов( м3/кг), при αт = 1, где α-коэффициент избытка воздуха в топке.

При полном сгорании топлива коэффициент избытка воздуха в топке определяется по формуле:

т = 21 / (21 - 79 O2 / N2) , где O2 и N2 - содержание кислорода и азота в газах, (%).
1. Для твердых (кроме сланцев) и жидких топлив теоретические объемы (м3/кг) продуктов полного сгорания определяются по формулам:
         а). объем двухатомных газов :

              VoN2 = 0,79Vo + 0,8No/100 ;

     б). объем трехатомных газов :

              VRO2 = 0,0187(Ср + 0,375 Sрл) ;

     в). объем сухих газов :

Voс.г. = VRO2 + VoN2 =  0,0187 (Ср + 0,3753 Sрл) + 0,79Vo + 0,8No/100;  )

    г). объем водяных паров :

              VoН2О = 0,0124(9Нр + Wр) + 0,0161Vo ;

     д). полный объем продуктов сгорания :
Voг = Voс.г. + VoН2О = 0,0187 (Ср + 0,3753 Sрл) + 0,79Vo + 0,8No/100 +0,0124(9Нр + Wр) + 0,0161Vo ;
Содержание СО2, S2O и RO2 в сухих газах при полном сгорании топлива определяется по формулам:

                            СО2 = (VCO2 / Vс.г.) ;
                               S2O = (VSO2 / Vс.г.) ;
                               RO2 = (VRO2 / Vс.г.) .

Максимальное содержание (%) трехатомных газов RO2max в сухих газах при полном сгорании топлива:

RO2max = 21 / (1 + ), где  - характеристика топлива для твердого и жидкого :

 = 2,35 (Нр - 0,126Ор + 0,04Nр) / (Ср + 0,375Sрл) ;

  Содержание (%) азота N2, и кислорода, в сухих газах и полном сгорании топлива:

                              N2 = 100 - RO2 - O2 ; 
                                 O2 = 21 - RO2 - RO2 .

          3.Предварительное дробление топлива. Изобразить схему дробильной установки, объяснить назначение, устройство и принцип.

На электростанцию топливо поступает в виде кусков различных размеров: от долей миллиметра до 200—300 мм и более. В процессе подготовки топливо измельчают и подсушивают. Превращение твердого кускового топлива в порошок осуществляют в два этапа: первый этап — дробление до размеров 15—25 мм; второй этап—размол до пылевидного состояния с одновременной подсушкой.

Выбор схемы дробильной установки зависит от размеров наибольших исходных кусков топлива. Одноступенчатое дробление применяют при исходных размерах кусков топлива менее 300 мм. При больших размерах кусков применяют двухступенчатое дробление: в дробилке первой ступени-до размера 200—300 мм, в дробилке второй ступени—до размера 15—25 мм.

      Топливо со склада конвейером 1 подают в верхнюю часть дробильного помещения, где установлен электромагнитный отделитель металла 2. При сходе с конвейера топливо проходит через щепоуловитель 3, а затем поступает на транспортер 4, которым распределяется по приемным бункерам 5 дробильной установки- Из бункера 5 топливо питателем 6 подается на грохот 7, где происходит отсев мелких фракций, не требующих дробления, которые по обводному рукаву 9, минуя дробилки8, направляются в бункер дробленого топлива 10, расположенный под дробилкой.

Более крупные куски топлива, оставшиеся на грохоте, поступают в дробилку 8, из которой они в раздробленном виде попадают в тот же бункер 10, а из него конвейером 11, на котором установлены автоматические весы для регистрации количества поступившего топлива, подаются в бункера котлов.

Отделители металла размещают над ленточным конвейером на высоте 150—200 мм над слоем топлива либо встраивают в концевой барабан этого конвейера. Наилучший эффект достигается при совместной установке уловителей обоих типов. Расход электроэнергии па питание магнитных отделителей невелик, так как их мощность не превышает нескольких киловатт.

  Грохоты различают неподвижные и подвижные (качающиеся). Неподвижные грохоты выполняют в виде наклонных колосников (угол наклона около 40°). Качающиеся грохоты представляют собой опирающуюся на пружинные опоры наклонную решетку (сито), которую приводят в колебательное движение от эксцентрикового механизма. Не прошедшие через грохот крупные куски топлива поступают в дробилку. При очень высокой влажности топлива работа грохота нарушается из-за его замазывания. Замазывание предотвращается выполнением грохотов из труб, внутри которых пропускают пар, прогревающий их до температуры 115— 1300С. В последнее время широко применяют грохоты барабанного типа (рис. 3-12). Грохот выполняется в виде конического барабана с приводным валом (частота вращения около 0,3 с-1). Коническая часть барабана набрана из колец со щелями шириной около 20 мм. Эти щели очищаются скребками при вращении ротора. Мелочь размером до 20 мм просеивается барабаном и поступает на ленту конвейера непосредственно, а куски топлива большего размера направляются на конвейер  через дробилку.

Дробилки применяют двух типов: молотковые — для дробления угля, сланцев и фрезерного торфа и валковые — для дробления угля и сланцев.

Молотковые дробилки представляют собой камеру, где вращается горизонтальный ротор, состоящий из вала, на котором расположены ступицы с шарнирно укрепленными стальными или чугунными билами. Топливо, поступающее в дробилку, раздробляется ударами быстро движущихся бил. Скорость вращения ротора составляет 500—1 500 об/мин в зависимости от размеров дробилки. Привод дробилки осуществляют непосредственно от электродвигателя. Производительность дробилок составляет от 3 до 1 000 т/ч.

Начальный размер кусков топлива, поступающего в дробилку, не должен превышать 250—300 мм; минимальный размер кусков, выходящих из дробилки, может быть доведен до 10—25 мм и менее. Большая кратность дробления, характерная для молотковых дробилок, приводит к тому, что их применяют в основном для мелкого дробления.

Молотковые дробилки хорошо работают на сухом топливе с малым содержанием серного колчедана. При дроблении влажного топлива происходит замазывание дробилки и снижение ее производительности, особенно при мелком дроблении. При дроблении топлива с большим содержанием серного колчедана происходит усиленный износ бил. Удельный расход электроэнергии на дробление топлива в молотковых дробилках колеблется в пределах от 0,6—0,8 до 1,4—1,5 квт-ч/т, возрастая с увеличением кратности дробления, твердости и влажности топлива.

Валковые дробилки выполняют в виде двух параллельно расположенных горизонтальных валков с зубчатой поверхностью, вращающихся встречно со скоростью 2—6 об/сек. Топливо дробится раздавливанием при попадании между валками. Производительность валковых дробилок составляет 40—300 т/ч; в них можно подавать топливо с размером кусков до 500 мм и более. Кратность дробления валковых дробилок невелика и обычно не превышает 5, поэтому их применяют в основном для дробления топлива, содержащего очень крупные куски.

Валковые дробилки отличаются спокойным ходом и относительно малой чувствительностью к попаданию в них металлических предметов. На сухом топливе они работают хорошо, но при дроблении влажного топлива замазываются. В процессе работы зубья дробилки постепенно изнашиваются. Срок службы их зависит в основном от твердости топлива и колеблется в пределах 1 000—10 000 ч. Восстанавливают зубья наваркой твердым сплавом.

Размер кусочков топлива после дробления существенно влияет на производительность системы пылеприготовления, эффективность сушки, износ мелющих элементов и расход электроэнергии на пылеприготовление. С увеличением размеров кусочков топлива эти показатели ухудшаются.

Задача

Для заданного в таблице 1 топлива определить состав горючей массы топлива; выполнить перерасчет с горючей массы на сухую и органическую.

Определить выход летучих и объяснить значение этой характеристики. Определить теоретически необходимое количество воздуха, теоретический объем продуктов сгорания, приведенную зольность и влажность для заданного вида топлива.

Топливо выбрать по номеру списка.( №18)

Примечание: внешний  баланс увеличен на 2,5%

Дано : Wp=10%, Ap=19.7%(по условию), Sp=0.3%,Np=1.5%, Op=5.9%,

Cp=60%, Hp=2.1% (т.к.  по условию внешний баланс увеличился на 2,5%,

следовательно  элементарный состав горючих элементов  уменьшился на 2,5%).

Определить: состав горючей массы; пересчитать

с горючей массы на сухую и органическую.

Найти: выход летучих, теоретически необходимое

количество воздуха, теоретический объем продуктов

сгорания, приведенную влажность и зольность.

Решение:

Пересчет сос-ва топлива  с рабочей массы на горючую  произведем определением кол-ва отдельных элементов рабочей массы в процентах от кол-ва  содержащейся в ней  горючей массы.

Рабочая масса равна Cp+Hp+Np+Op+Sp+Wp+Ap =100%,  а так как горючая масса-это состав беззольного и безводного топлива , следовательно она  равна   Cp+Hp+Np+Op+Sp = 100%- ( Wp+Ap).

  Для пересчета рабочей массы в горючую используем коэффициент, который найдем из отношения  100%/(100%-(Wp+Ap ))=100%/(100%-(10%+19.7%))=1.42.

Каждый из элементов горючей массы определим по формуле  Хг=Хр*1,42, где Хр-элемент рабочей массы:

Сг=60*1,42=85,2%;

Нг=2,6*1,42=3,7%;

Nг=1,5*1,42=2,1%;

Ог= 5,9*1,42=8,4%;

Sг=0,3*1,42=0,4%  ;

                                   Сг+Нг+Nг+Ог+Sг=85,2%+3,7%+2,1%+8,4%+0,4%≈100%

Сухая масса-состав топлива при полном удалении влаги. Она равна Cc+Hc+Nc+Oc+Sc+Ac =100%.При пересчете с горючей массы на сухую используем отношение (100%-Ас)/100%.Количество золы Ас в сухой массе  определим из отношения Ар*(100%/(100%-Wp));

19,7*(100%/(100%-10%))= 21,7%

Определим  коэффициент пересчета с горючей массы на  сухую:

( 100%-Ac)/100%=(100%-21.7%)/100%=0.783

Каждый из элементов сухой массы определим по формуле  Хc=Хг*0.783 , где Хг-элемент горючей массы:

Сс=85,2*0,783=66,7%;

Нс=3,7*0,783=2,9%;

Nc=2.1*0.783=1.6%;

Oc=8.4*0.783=6.6%;

Sc=0.4*0.783=0.3%;

Cc+Hc+Nc+Oc+Sc+Ac=66.7+2.9+1.6+6.6+0.3+21.7≈100%

Органическая масса-это состав топлива обезвоженного, обеззоленного и лишенного колчеданной серы.

Co+Ho+No+Oo+Sоор =100%

Так как по таб.1  Skp+Sopp=0.3% предлагается принять   Skp=0,2%, Sopp=0,1 %.

Тогда для пересчета  с горючей массы в органическую используем коэффициент  100%/(100%- Skг).

Количество  колчеданной серы  Skг  и органической серы Sopp в горючей массе определим  из отношения  100%/(100%-(Wp+Ap ))=100%/(100%-(10%+19.7%))=1.42.

Skг=0,2*1,42=0,28%;  Sopг=0,1*1,42=0,142%

100%/(100%-0,28%)=1,0028

Каждый из элементов органической массы определим по формуле  Хо=Хг*1,0028 , где Хг-элемент горючей массы:

Co=85.2*1.0028=85.4%;

Ho=3.7*1.0028=3.7%;

No=2.1*1.0028-2.1%;

Oo=8.4*1.0028=8.4%;

Sopo=0,142*1,0028=0,142%

Co+Ho+No+Oo+ Sopo=85.4+3.7+2.1+8.4+0.14≈100%

Теоретически необходимое кол-во воздуха определим по формуле:

V0B=0.0889*(Cp+0.375*Sp)+0.265Hp-0.0333*Op; нм3.кг

V0B=0.0889*(60+0.375*0.3)+0.265*2.6-0.0333*5.9=5.836  нм3/кг.

Полное сгорание топлива характеризуется образованием следующих продуктов сгорания:

Vг=VCO2+VSO2+VH2O+VN2 , где  VCO2,VSO2,  VN2-сухие продукты сгорания, VH2O-водяные пары,

при α=1 , (т.к. в условии  иного не задано, примем коэффициент избытка воздуха α=1).

Трехатомные газы СО2 и SO2 имеют почти одинаковые физические константы, и поэтому  их рассматривают совместно, обозначая сумму  CO2+SO2=RO2              , следовательно

VГ=VRO2+VH2+VN2+VO2.

VRO2  =0,0187*(Cp +0.375* Sp)=0.0187*(60+0.375*0.3)=1.124  нм3/кг.

Азот в продукты сгорания поступает с воздухом в кол-ве 0,79V0 и  с топливом в кол-ве 0,008Np .

Полный объем азота составит : VN20 =0,79V0 +0,008Np , но т.к.для твердого и жидкого топлива второе слагаемое составляет весьма малую долю (<1%) общего объема азота, то им можно пренебречь. Следовательно:

VN20 =0,79*5,836=4,61 нм3/кг.

Полный объем водяных паров, находящихся в продуктах сгорания 1 кг. топлива, составит:

V0H2O = VHH2O + VWH2O + VBH2O,

где VHH2O –объем вод. паров, образующихся при сгорании водорода,  VWH2 - объем вод. паров, образующихся при испарении рабочей влаги топлива, VBH2O- объем вод. паров, вносимых в топку с атмосферным воздухом.

V0H2O=0.111 Hp+0.0124Wp+0.0161 V0B=0.111*2.6+0.0124*10+0.0161*5.836=0.507нм3/кг.

Vг=VCO2+VSO2+VH2O+VN2= Vг= VRO2+ VH2O+VN2 =1,124+4,61+0,507=6,241 нм3/кг.

Приведенная зольность определяется по формуле:

Aп=Аp/Qpн     , где Аp-зольность рабочая, Qpн-низжая теплота сгорания.

Приведенная влажность определяется по формуле:

Wп=Wp/ Qpн , где  Wp-влажность рабочая;

Низжая теплота сгорания определяется по формуле:

Qpн =0.339*Cp+1.03*Hp-0.109*(Op-Sp)-0.025*Wp;

Qpн=0.339*60+1.03*2.6-0.109*(5.9-0.3)-0.025*10=22.1 ккал.

Aп=19,7/22,1=0,89%кг/ккал;

Wп=10/22,1=0,42%кг/кка

Список используемой литературы:

Бойко Е.А. Паровые котлы

Щеголев М.М. Топливо,топки и котельные установки

Резников М.И., Липов Ю.М. Паровые котлы тепловых электростанций

Тепловой расчет котлов (нормативный метод)