Паровые котлы
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:
- полнотой сгорания топлива в топочной камере;
- глубиной охлаждения продуктов сгорания при прохождении поверхности нагрева;
- 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:
Располагаемая теплота сжигаемого топлива в общем случае определяется по формуле
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
Где стл – удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг×К); tтл – температура топлива, ºС.
При сжигании твердого топлива
его средняя температура tтл=0÷
Количество теплоты,
где - относительное количество воздуха, проходящего через нагревательную установку (калорифер); св – теплоемкость воздуха; tх.в., t’в – температура холодного воздуха и воздуха перед поступлением в воздухоподогреватель (за калориферной установкой).
Теплота, внесенная паром при распылении мазута в форсунках,
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
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
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, i’вт – энтальпия вторично-перегретого пара на выходе из промперегревателя и входе в него, кДж/кг; В – расход топлива, кг/с или м3/с.
Использованное количество
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
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.
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
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:
На этот расход 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
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:
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
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,
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
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
Под номинальной
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
Номинальная температура
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
Например, котел барабанный с
естественной циркуляцией
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-
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
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
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.

- Паровые котлы
- Паровые котлы
- Паровые системы отопления с возвратом конденсата и без возврата конденсата
- Паровые турбины специального назначения
- Парогазовой установки с КУ
- Парогазовые установки
- Парогенераторы
- Паровая турбина
- Паровенктомат
- Паровий двигун
- Парові турбіни як основний двигун на теплових електростанціях
- Паровое отопление
- Паровой двигатель на автомобиле
- Паровой котел