Котельные установки. 2

Оглавление

Введение................................................................................................3

1.Теоретическая часть…………………………………………………..4

1.1.Классификация  котельных установок……………………………..4

1.2.Устройство  и принцип действия котельных  установок................5

1.3 Характеристика  котлоагрегата  КЕ-25-14С……………………..8

1.3.Принцип действия котельных установок………………………....5

1.4.Оборудование котельных установок……………………………..6

1.5. Методика расчета…………………………………………………11

2.Практическая  часть………………………………………………….15

Глоссарий………………………………………………………………27

Список литературы……………………………………………………27

Приложения……………………………………………………………28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Первая  атомная электростанция была запущена в 1954 году, на территории СССР, в городе Обнинске, ее мощность не превышала 5 МВт. Это было первое применение атомной  энергии в мирных целях. 

Первая  атомная станция, которая построена  за пределами СССР начала функционировать  в 1956 году в Англии - мощность АЭС  составляла 46 МВт. Год спустя запустили  атомную станцию в США с  мощностью 6МВт.  
 Каждый вид реакторов имеет границы допустимых температурных режимов работы. На атомных станциях применяют несколько видов реакторов: 
- водо-водяные реакторы - в роли теплоносителя и замедлителя выступает вода.

- графито-водяные реакторы - в качестве теплоносителя выступает вода, а для охлаждения используют графитовый стержень;  
- тяжеловодные реакторы - теплоноситель и замедлитель - вода, только с измененными параметрами, так называемая тяжелая вода.  
- графито-газовые реакторы   - замедлитель–графит, теплоноситель–газ. 

Для безопасной работы персонала атомной станции  реактор покрывают биологической  защитой. Если система охлаждения выйдет из строя, предусмотрена аварийная  система расхолаживания, она имеет  автономный источник питания и прерывает  ядерную реакцию за считанные секунды.  

   1.Теоретическая часть

1.1.Классификация котельных установок

Котельные установки в зависимости от типа потребителя делятся на:

• энергетические;
• производственно-отопительные;
• отопительные.

 

По виду вырабатываемого теплоносителя  они делятся на паровые (для выработки  пара) и водогрейные (для выработки  горячей воды).

Энергетические  котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.

Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Отопительные  котельные установки  предназначены для обслуживания систем отопления, горячего водоснабжения и вентиляции производственных и жилых помещений.

По масштабу теплоснабжения отопительные котельные разделяются на местные, групповые и районные.

Местные отопительные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более 115^оС или паровыми котлами с рабочим давлением до70кПа. Местные котельные предназначены для снабжения теплотой одного или нескольких зданий.

Групповые отопительные котельные обеспечивают теплотой группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Они оборудуются как паровыми, так и водогрейными котлами большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных и размещаются в специальных зданиях.

Районные  отопительные котельные (Приложение 1) предназначены для теплоснабжения крупных жилых массивов; их оборудуют сравнительно мощными водогрейными и паровыми котлами.

1.2.Устройство и принцип действия котельных установок

Котельная установка - совокупность устройств, предназначенных для получения водяного пара. Пройдя через поверхность нагрева, вода нагревается и поступает к потребителям, где отдает часть теплоты, и с пониженной температурой снова возвращается в котел.

В котельных  установках с паровыми котлами (Приложение 2) паровой котел имеет два барабана - верхний и нижний. Барабаны соединены между собой тремя пучками труб, образующих поверхность нагрева котла. При работе котла нижний барабан заполнен водой, верхний - в нижней части водой, а в верхней части насыщенным водяным паром. В нижней части котла расположена топка с механической колосниковой решеткой для сжигания твердого топлива. При сжигании жидкого и газообразного топлива вместо решетки устанавливают форсунки или горелки, через которые топливо вместе с воздухом подается в топку. Котел ограничен кирпичными стенами - обмуровкой.

Этапы рабочего процесса:

 1) Топливо с топливного склада подается транспортером в бункер, откуда оно поступает на колосниковую решетку топки, где и сгорает. В результате сгорания топлива образуются дымовые газы.

2) Дымовые газы из топки поступают в газоходы котла, образуемые обмуровкой и специальными перегородками, установленными в пучках труб. При движении газы омывают пучки труб котла пароперегревателя , проходят через экономайзер и воздухонагреватель, где они охлаждаются вследствие подачи теплоты воде, поступающей в котел, и воздуху, подаваемому в топку. Охлажденные дымовые газы с помощью дымососа  удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Дымовые газы котла могут отводиться и без дымососа под действием естественной тяги со встраиваемой дымовой трубой.

3) Вода из источника водоснабжения к питательному трубопроводу насосом в водяной экономайзер, откуда после нагрева поступает в верхний барабан котла. Заполнение барабана котла водой контролируется по водоуказательному стеклу, установленному на барабане.

Из верхнего барабана котла вода по трубам опускается в нижний барабан, откуда по левому пучку труб она снова поднимается в верхний барабан. При этом вода испаряется, а образующийся пар собирается в верхней части верхнего барабана. Затем пар поступает в пароперегреватель, где теплотой дымовых газов он полностью подсушивается, в результате чего температура его повышается.

4) Из пароперегревателя пар поступает в главный паропровод и оттуда к потребителю, а после использования конденсируется и в виде горячей воды (конденсата) возвращается обратно в котельную. Потери конденсата у потребителя восполняются водой из водопровода или других источников водоснабжения.

5) Воздух, необходимый для горения топлива, забирается, как правило, вверху помещения котельной и подается вентилятором в воздухоподогреватель, где он подогревается и затем направляется в топку.

Котельные установки оборудуют водоподготовительными устройствами, контрольно-измерительными приборами и соответствующими средствами автоматизации, что обеспечивает их бесперебойную и надежную эксплуатацию.

1.3.Оборудование котельных установок

Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных  помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в  тепловую энергию пара или горячей  воды. Каждая котельная установка  состоит из отдельных элементов  – устройств. Одни устройства являются основными, и без них котельная функционировать не может, другие – дополнительные и без них установка будет работать, но с большим расходом топлива, следовательно, с меньшим коэффициентом полезного действия; третьи – механизмы и устройства, выполняющие вспомогательные функции.

К основным элементам котельной относятся:

• котел - теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов сгорания топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.
• топка - устройство для сжигания топлива и превращение его химической энергии в теплоту нагретых газов.
• газоходы, по которым перемещаются дымовые газы и, соприкасаясь со стенками котла, отдают последним свою теплоту;
• дымовые трубы, с помощью которых дымовые газы перемещаются по газоходам, а затем после охлаждения удаляются в атмосферу.

Без перечисленных  элементов не может работать даже самая простая котельная установка.

К вспомогательным  элементам котельной относят:

• устройства для подачи топлива и пылеприготовления;
• золоуловители, применяемые при сжигании твердых видов топлива и предназначенные для очистки отходящих дымовых газов и улучшающих состояние атмосферного воздуха;
• дутьевые вентиляторы, необходимые для подачи воздуха в топку котлов;
• дымососы-вентиляторы, способствующие усилению тяги и тем самым уменьшению размеров дымовой трубы;
• питательные насосы, необходимые для подачи воды в котлы;
• устройства по очистки питательной воды;
• водяной экономайзер (Приложение 4) - для подогрева питательной воды до ее поступления в котел.
• Воздухоподогреватель (Приложение 5) - для подогрева воздуха перед его поступлением в топку горячими газами, покидающими котлоагрегат.
• приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

1.3 Характеристика  котлоагрегата КЕ-25-14С

Паровой котел КЕ-25-14С с естественной циркуляцией со слоевыми механическими топками предназначен для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды промышленных предприятий в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Топочная  камера котлов серии КЕ образована боковыми экранами, фронтовой и задней стенками. Топочная камера котлов КЕ паропроизводительностью от 2,5 до 25 т/ч разделена кирпичной стенкой на топку глубиной 1605÷2105 мм и камеру догорания глубиной 360÷745 мм, которая позволяет повысить КПД котла снижением механического недожога. Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла асимметричные. Под камеры догорания наклонен таким образом, чтобы основная масса падающих в камеру кусков топлива скатывалась на решетку.

В котле  КЕ-25-14С применена схема одноступенчатого испарения. Вода циркулирует следующим  образом: питательная вода из экономайзера подается в верхний барабан под  уровень воды по перфорированной  трубе. В нижний барабан вода сливается  по задним обогреваемым трубам кипятильного пучка. Передняя часть пучка (от фронта котла) является подъемной. Из нижнего  барабана вода по перепускным трубам поступает в камеры левого и правого  экранов. Питание экранов осуществляется также из верхнего барабана по опускным стоякам, расположенным на фронте котла.

Блок  котла КЕ-25-14С, опирается камерами боковых экранов на продольные швеллеры. Камеры приварены к швеллерам  по всей длине. В области конвективного пучка блок котла опирается на задние и передние поперечные балки. Поперечные балки крепятся к продольным швеллерам. Передняя балка крепится неподвижно, задняя – подвижно.

Обвязочный  каркас котла КЕ-25-14С устанавливается  на уголках, приваренных вдоль камер  боковых экранов по всей длине. Для возможности перемещения элементов блоков котла КЕ-25-14С в заданном направлении часть опор выполнена подвижными. Они имеют овальные отверстия для болтов, которыми крепятся к раме.

Котлы КЕ с решеткой и экономайзером поставляются заказчику одним транспортабельным  блоком. Он оборудуются системой возврата уноса и острым дутьем. Унос, оседающий  в четырех зольниках котла, возвращается в топку при помощи эжекторов  и вводится в топочную камеру на высоте 400 мм от решетки. Смесительные трубы возврата уноса выполнены прямыми, без поворотов, что обеспечивает надежную работу систем. Доступ к эжекторам возврата уноса для осмотра и ремонта возможен через люки, расположенные на боковых стенках. В местах установки люков трубы крайнего ряда пучка вводятся не в коллектор, а в нижний барабан.

Паровой котел КЕ-25-14С оборудован стационарным устройством очистки поверхностей нагрева согласно проекту завода и комплектуется топкой типа ЗП-РПК с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками.

За котельными агрегатами в случае сжигания каменных и бурых углей с приведенной  влажностью W < 8 устанавливаются водяные  экономайзеры.

Площадки  котлов типа КЕ расположены в местах, необходимых для обслуживания арматуры котлов. Основные площадки котлов: боковая  площадка для обслуживания водоуказательных приборов; боковая площадка для обслуживания предохранительных клапанов и запорной арматуры на барабане котла; площадка на задней стенке котла для обслуживания продувочной линии из верхнего барабана и для доступа в верхний барабан при ремонте котла. На боковые площадки ведут лестницы, на заднюю площадку – спуск (короткая лестница) с верхней боковой площадки.

Котел КЕ-25-14 С оборудован двумя предохранительными клапанами, один из которых контрольный. У котлов с пароперегревателями контрольный предохранительный клапан устанавливается на выходном коллекторе пароперегревателя. На верхнем барабане каждого котла установлен манометр; при наличии пароперегревателя манометр устанавливается и на выходном коллекторе пароперегревателя.

На верхнем  барабане устанавливается следующая  арматура: главный паровой вентиль  или задвижка (у котлов без пароперегревателя), вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды. На колене для спуска воды установлен запорный вентиль.

У котла  КЕ-25-14С, через патрубок для продувки осуществляются периодическая и непрерывная продувки. На линиях периодической продувки из всех нижних камер экранов установлены запорные вентили. На паропроводе  обдувки установлены дренажные вентили для отвода конденсата при прогреве линии и запорные вентили для подачи пара к обдувочному прибору. Вместо паровой обдувки может быть поставлена газоимпульсная или генератор ударных волн (ГУВ).

На питательных  трубопроводах перед экономайзером  устанавливаются обратные клапаны  и запорные вентили; перед обратным клапаном установлен регулирующий клапан питания, который соединяется с  исполнительным механизмом автоматики котла.

Паровой котел КЕ-25-14С обеспечивают устойчивую работу в диапазоне от 25 до 100% номинальной паропроизводительности. Испытания и опыт эксплуатации большого числа котлов типа КЕ подтвердили их надежную работу на пониженном, по сравнению с номинальным, давлении. С уменьшением рабочего давления КПД котлоагрегата не уменьшается, что подтверждено сравнительными тепловыми расчетами котлов на номинальном и пониженном давлении. В котельных, предназначенных для производства насыщенного пара, котлы типа КЕ при пониженном до 0,7 МПа давлении обеспечивают такую же производительность, как и при давлении 1,4 МПа.

Для котлов типа КЕ пропускная способность предохранительных  клапанов соответствует номинальной паропроизводительности при абсолютном давлении 1,0 МПа. При работе на пониженном давлении предохранительные клапаны на котле и дополнительные предохранительные клапаны, устанавливаемые на оборудовании, должны регулироваться на фактическое рабочее давление.

С понижением давления в котлах до 0,7 МПа комплектация котлов экономайзерами не изменяется, так как в этом случае недогрев воды в питательных экономайзерах до температуры насыщения пара в котле составляет 20°С, что удовлетворяет требованиям правил Госгортехнадзора.

Техническая характеристика котла КЕ-25-14С

• Паропроизводительность                                                            D = 25 т/ч.
• Давление                                                                                  Р = 24 кгс/см².
• Температура пара                                                                 t = (194÷225)ºС.
• Радиационная поверхность нагрева Н_л = 92,1 м².
• Конвективная поверхность нагрева                                          Н_к = 418 м².
• Тип топочного устройства                                                   ТЧЗ-2700/5600.
• Площадь зеркала горения                                                                 13,4 м².
• Габаритные размеры котла (с площадками и лестницами):

– длина                                                                                                13,6 м;

– ширина                                                                                               6,0 м;

– высота                                                                                                6,0 м.

• Масса котла                                                                                     39212 кг.

 

 

1.4. Методика расчета  котельного агрегата

Определение количества продуктов сгорания

Расчет  количества продуктов сгорания основан  на стехиометрических соотношениях и выполняется с целью определения количества газов, образующихся при сгорании топлива заданного состава при заданном коэффициенте избытка воздуха. Все расчеты объема воздуха и продуктов сгорания ведутся на 1 кг топлива.

Так как  в задании указана зольность  сухой массы топлива, то определим  зольность рабочей массы топлива.

А^р = А^с(100 – W^р)/100

Определение энтальпии продуктов сгорания

Дымовые газы, образовавшиеся в результате сгорания топлива, в рабочем процессе парового котла являются теплоносителем. Количество теплоты, отдаваемое газами, удобно рассчитывать по изменению энтальпии  дымовых газов.

Энтальпией  дымовых газов по какой-либо температуре  называется количество теплоты, расходуемое на нагрев газов, полученных от сгорания одного килограмма топлива от 0º до этой температуры при постоянном давлении газов в топке.

Энтальпию продуктов сгорания определяем в  диапазоне температур 0…2200ºС с интервалом в 100ºС.

Исходными данными для расчета являются объемы газов, составляющих продукты сгорания, их объемные изобарные теплоемкости, коэффициент избытка воздуха  и температура газов.

Средние изобарные теплоемкости газов берем  из справочных таблиц.

Теоретическое количество газов определяем по формуле

I

= ΣV_ct = (V C + V C + V C ) t.

где _ct - произведение теплоемкости данного газа на температуру

Теоретическую энтальпию влажного воздуха определяем по формуле

I

= V^oC_вв t.

Энтальпию газов определяем по формуле

I_г = I

+ (α – 1) I .

 

 

Предварительный тепловой баланс

При работе парового котла вся поступившая  в него теплота расходуется на выработку полезной теплоты, содержащейся в паре, и на покрытие различных  потерь теплоты. Суммарное количество теплоты, поступившее в котел, называют располагаемой теплотой. Между теплотой, поступившей в котел и покинувшей его, должно существовать равенство (баланс). Теплота, покинувшая котел, представляет собой сумму полезной теплоты и потерь теплоты, связанных с технологическим процессом выработки пара заданных параметров.

Тепловой  баланс котла составляется применительно  к одному килограмму топлива при  установившемся (стационарном) режиме работы котла.

Низшую теплота сгорания рабочей массы топлива определяем по формуле Менделеева:

Q_н^р = 339С^р + 1030Н^р – 109(О^р – S^р) – 25W^р

Коэффициент полезного действия котла (принимаем по прототипу)

η' = 92%.

Потери тепла:

– от химической неполноты сгорания   q₃ = (0,5÷1,5) = 0,5%;

– от механического  недожога    q₄ = 0,5%;

– в окружающую среду  q₅ = 0,5%;

– с уходящими  газами  q₂ = 100 – (η' + q₃ + q₄ + q₅)

Средние изобарные  объемные теплоемкости влажного воздуха

– холодного, при температуре t_в1       с_в1 = 1,32 кДж/кг;

– подогретого, при температуре t_в2    с_в1 = 1,33 кДж/кг.

Количество  тепла, вносимое в топку с воздухом:

– холодным     I_хв = 1,016αV^ос_в1t_в1,

– подогретым     I_гв = 1,016αV^ос_в2t_в2,

Количество  тепла, переданное в воздухоподогревателе    Q_вн = I_гв – I_хв,

Принимаем температуру  топлива, поступающего в топку, равной

t_тл = 30°С.

Теплоемкость  сухой массы топлива 

с^с_тл = 0,972 кДж/(кг·град).

Теплоемкость  рабочей массы топлива

с^р_тл = с^с_тл(100 – W^р)/100 + с

W^p/100,

где   с – теплоемкость воды, с = 4,19 кДж/(кг·град),

Теплота, вносимая в топку с топливом            i_тл = с^р_тлt_тл,

Располагаемая теплота топлива

Q

= Q + Q_вн + i_тл,

Энтальпия уходящих газов

I'_ух = q₂Q_р^р/(100 – q₄) + I_хв,

Температура уходящих газов 

t'_ух = 164°С.

Степень сухости  получаемого пара принимаем 

х = (0,95…0,98) = 0,95.

Энтальпия сухого насыщенного пара при заданном давлении

i" = 2792 кДж/кг.

Скрытая теплота  парообразования

r = 1948 кДж/кг.

Энтальпия влажного пара

i_x = i" – (1 – x)r,

Энтальпия питательной  воды перед экономайзером (при t_в2)

i_пв = 377 кДж/кг.

Секундный расход топлива

В_р =

,

 

 

2. Практическая  часть «Расчет объемов энтальпий воздуха и продуктов сгорания» . Определение расхода топлива, газов и воздуха на котел

Расчетно-графическая работа по дисциплине «Котельные установки и пароперегреватели»

Выполнил: Дугушкин Д., факультет: ЭН, группа: ТЭ-21

Новосибирский государственный технический  университет

Кафедра ТЭС

Новосибирск 2005

Исходные данные

Тип котла	Производительность	Продувка	Давление за котлом	Температура за котлом	Давление в барабане	Давление питательной воды
	D, т/ч	Dпр, %	Pпп, кгс/см2	t, ºС	Pδ, кгс/см2	Pпв, кгс/см2
ТПЕ-209	670	1,5	140	545	166	165

Температура уходящих газов	Избыток воздуха в топке	Температура газов на выходе из топки	Температура газов за пароперегревателем	Температура газов за экономайзером	Температура питательной воды	Количество ступеней экономайзера	Количество ступеней воздухоподогревателя
υух, ºС	αт				tпв, ºС
137	1,2	1060	570	270	244	2	2

Наименование бассейна, месторождения	Марка топлива	Рабочая масса топлива, %	, ккал/ кг	, %	, ºС
Артемовский	БЗ	24,0	24,0	0,2	0,1	35,7	2,9	0,7	12,1	3180	50,0	1130

1. Объемы воздуха продуктов  сгорания

1.1 Объем  воздуха, теоретически необходимый  для полного сгорания твердого  топлива.

1.2 Теоретический  объем азота

1.3 Теоретический  объем водяных паров

1.4 Объем  трехатомных газов

1.5 Коэффициент  избытка воздуха

1.5.1 Коэффициент  избытка воздуха за ширмовым пароперегревателем (фестоном)

1.5.2 Коэффициент  избытка воздуха за конвективным  пароперегревателем

1.5.3 Коэффициент  избытка воздуха за второй  ступенью водяного экономайзера

1.5.4 Коэффициент  избытка воздуха за второй  ступенью воздухоподогревателя

1.5.5 Коэффициент  избытка воздуха за первой  ступенью водяного экономайзера

1.5.6 Коэффициент  избытка воздуха за первой  ступенью воздухоподогревателя

1.6 Действительный  объем водяных паров

1.6.1 Действительный  объем водяных паров в топке  за фестоном

1.6.2 Действительный  объем водяных паров за конвективным  пароперегревателем

1.6.3 Действительный  объем водяных паров за второй  ступенью водяного экономайзера

1.6.4 Действительный  объем водяных паров за второй  ступенью воздухоподогревателя

1.6.5 Действительный  объем водяных паров за первой  ступенью водяного экономайзера

1.6.6 Действительный  объем водяных паров за первой  ступенью воздухоподогревателя

1.7 Полный  объем продуктов сгорания

1.7.1 Полный  объем продуктов сгорания в  топке за фестоном

1.7.2 Полный  объем продуктов сгорания за  конвективным пароперегревателем

1.7.3 Полный  объем продуктов сгорания за  второй ступенью водяного экономайзера