НА ПЫЛЕВИДНОМ ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ. Фестон котла

Введение

Учебное пособие «Котельные установки и парогенераторы» написано в соот­ветствии c программой одноименной учебной дисциплины по специальности 140104 (100700) «Промышленная теплоэнергетика».

Основную направленность содержания настоящего учебника авторы видят в раскрытии и анализе рабочих процессов, протекающих в энергетических котлах, что соответствует характеру подготовки специалистов как инженеров эксплуатационно – наладочного профиля.

В учебном пособии приводится общее устройство парового котла и раскрывается современное конструктивное выполнение его поверхностей нагрева, позво­ляющее показать характер аэродинамических, гидравлических, механических и физико – химических процессов в различ­ных элементах котла.

Раздел, связанный с котельным топливом и технологией его сжигания, изложен в несколько сокращенном объеме в части подготовки топлив к сжиганию, поскольку в учеб­ном плане эти вопросы изучаются в дисциплине «Топливо и теория горения». Основное внимание уделено организации сжигания, конструкции топочных устройств и экономичности работы парового котла.

В учебном пособии отсутствует раздел, связанный с методикой теплового и аэродинамического расчета элементов котельного агрегата, так как эти вопросы изложены в учебном пособии С.Н. Смородина, А.Н. Иванова «Тепловой и аэродинамический расчеты котельных установок».

Учебное пособие сопровождается большим числом иллюстраций и принципиальных схем для лучшего усвоения материала.

1. Основные термины и определения

В котельной технике применяют следующие термины и определения:

Котел – устройство, в котором для получения пара или нагрева воды с давлением выше атмосферного, потребляемых вне этого устройства, используется теплота, выделяющаяся при сгорании органического топлива, а также теплота отходящих газов. Котел состоит из топки, поверхностей нагрева, каркаса, обмуровки. В котел могут также входить: пароперегреватель, поверхностный экономайзер и воздухоподогреватель.

Котельная установка – совокупность котла и вспомогательного оборудования, включающего: тягодутьевые машины, сборные газоходы, дымовую трубу, воздухопроводы, насосы, теплообменные аппараты, автоматику, водоподготовительное оборудование.

Топка (топочная камера) – устройство, предназначенное для преобразования химической энергии топлива в физическую теплоту высокотемпературных газов с последующей передачей теплоты этих газов поверхностям нагрева (рабочему телу).

Поверхность нагрева – элемент котла для передачи теплоты от факела и продуктов сгорания теплоносителю (вода, пар, воздух).

Радиационная поверхность – поверхность нагрева котла, получающая теплоту в основном излучением.

Конвективная поверхность – поверхность нагрева котла, получающая теплоту в основном конвекцией.

Экраны – поверхности нагрева котла, расположенные на стенках топки и газоходов и ограждающие эти стенки от воздействия высоких температур.

Фестон – испарительная поверхность нагрева, располагаемая в выходном окне топки и образованная, как правило, трубами заднего экрана, разведенными на значительные расстояния путем образования многорядных пучков. Назначение фестона заключается в организации свободного выхода из топки топочных газов в поворотный горизонтальный газоход.

Барабан – устройство, в котором осуществляется сбор и раздача рабочей среды, обеспечение запаса воды в котле, разделение пароводяной смеси на пар и воду. Для этой цели используются размещенные в нем паросепарационные устройства.

Котельный пучок – конвективная поверхность нагрева котла, представляющая собой группу труб, соединенных общими коллекторами или барабанами.

Пароперегреватель – устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

Экономайзер – устройство для предварительного нагрева воды продуктами сгорания до подачи ее в барабан котла.

Воздухоподогреватель – устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания до подачи его в горелки.

studfiles.net

Введение

Учебное пособие «Котельные установки и парогенераторы» написано в соот­ветствии c программой одноименной учебной дисциплины по специальности 140104 (100700) «Промышленная теплоэнергетика».

Основную направленность содержания настоящего учебника авторы видят в раскрытии и анализе рабочих процессов, протекающих в энергетических котлах, что соответствует характеру подготовки специалистов как инженеров эксплуатационно – наладочного профиля.

В учебном пособии приводится общее устройство парового котла и раскрывается современное конструктивное выполнение его поверхностей нагрева, позво­ляющее показать характер аэродинамических, гидравлических, механических и физико – химических процессов в различ­ных элементах котла.

Раздел, связанный с котельным топливом и технологией его сжигания, изложен в несколько сокращенном объеме в части подготовки топлив к сжиганию, поскольку в учеб­ном плане эти вопросы изучаются в дисциплине «Топливо и теория горения». Основное внимание уделено организации сжигания, конструкции топочных устройств и экономичности работы парового котла.

В учебном пособии отсутствует раздел, связанный с методикой теплового и аэродинамического расчета элементов котельного агрегата, так как эти вопросы изложены в учебном пособии С.Н. Смородина, А.Н. Иванова «Тепловой и аэродинамический расчеты котельных установок».

Учебное пособие сопровождается большим числом иллюстраций и принципиальных схем для лучшего усвоения материала.

1. Основные термины и определения

В котельной технике применяют следующие термины и определения:

Котел – устройство, в котором для получения пара или нагрева воды с давлением выше атмосферного, потребляемых вне этого устройства, используется теплота, выделяющаяся при сгорании органического топлива, а также теплота отходящих газов. Котел состоит из топки, поверхностей нагрева, каркаса, обмуровки. В котел могут также входить: пароперегреватель, поверхностный экономайзер и воздухоподогреватель.

Котельная установка – совокупность котла и вспомогательного оборудования, включающего: тягодутьевые машины, сборные газоходы, дымовую трубу, воздухопроводы, насосы, теплообменные аппараты, автоматику, водоподготовительное оборудование.

Топка (топочная камера) – устройство, предназначенное для преобразования химической энергии топлива в физическую теплоту высокотемпературных газов с последующей передачей теплоты этих газов поверхностям нагрева (рабочему телу).

Поверхность нагрева – элемент котла для передачи теплоты от факела и продуктов сгорания теплоносителю (вода, пар, воздух).

Радиационная поверхность – поверхность нагрева котла, получающая теплоту в основном излучением.

Конвективная поверхность – поверхность нагрева котла, получающая теплоту в основном конвекцией.

Экраны – поверхности нагрева котла, расположенные на стенках топки и газоходов и ограждающие эти стенки от воздействия высоких температур.

Фестон – испарительная поверхность нагрева, располагаемая в выходном окне топки и образованная, как правило, трубами заднего экрана, разведенными на значительные расстояния путем образования многорядных пучков. Назначение фестона заключается в организации свободного выхода из топки топочных газов в поворотный горизонтальный газоход.

Барабан – устройство, в котором осуществляется сбор и раздача рабочей среды, обеспечение запаса воды в котле, разделение пароводяной смеси на пар и воду. Для этой цели используются размещенные в нем паросепарационные устройства.

Котельный пучок – конвективная поверхность нагрева котла, представляющая собой группу труб, соединенных общими коллекторами или барабанами.

Пароперегреватель – устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

Экономайзер – устройство для предварительного нагрева воды продуктами сгорания до подачи ее в барабан котла.

Воздухоподогреватель – устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания до подачи его в горелки.

studfiles.net

VI. Поверочный расчёт фестона.

6.1.) В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из топки расположен

Четырехрядный испарительный пучок, образованный трубами заднего топочного

экрана, с увеличенным поперечными и продольными шагами и называемый фестон.

Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными

затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона.

Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном

при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева,

а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки.

6.2) По чертежам парового котла составляют эскиз фестона.

6.3) По чертежам парового котла составляем таблицу:

Длину трубы в каждом ряду li определяем по осевой линии трубы с учётом её конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию барабана до точки перечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската горизонтального газохода. Количество труб в ряду z1 определяют по эскизу, выполнив по всей ширине газохода разводку труб экрана в фестон.

Принимаем Хф = 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность

пароперегревателя (в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт

По S1сри S1сропределяем эффективную толщину излучающего слоя фестона Sф

6.4) Расположение труб в пучке – шахматное, омывание газами – поперечное

(угол отклонения потока от нормали не учитываем). Высоту газохода ‘а’ определяют в

плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах

фестона. Ширина газохода ‘b’ одинакова для всех рядов фестона, её определяют как

расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого

боковых экранов.

6.5) Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:

Fi=ai·b-z1·liпр·d; гдеliпр– длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую

через ось труб расчитываемого ряда.

Fсрнаходим как среднее арифметическое между крайними площадями.

6.6) Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности

всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы,

измеренной по её оси с учётом конфигурации, т.е гибов в пределах фестона:

Нi = p·d·Z1i· li; где Z1i– число труб в ряду; li – длина трубы в ряду по её оси.

Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:

Нф =ΣНi=82.653 м2

На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов,

поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона:

Ндоп = ΣFст · xб=6,6 · 0,96 = 6,336 м2

h2’= Нф+Ндоп=82,653 + 6,336 =88,989 м2

6.7)Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.

6.8) Ориентировачно принимают температуру газов за фестоном на 30÷1000С ниже,

чем перед ним:

1000 0С

Для =10000C; при α"т= 1,1 находим энтальпию газов за фестоном

2581,8 ккал/кг

и по уравнению теплового баланса определяем тепловосприятие фестона:

0,99·(2873,58-2581,8)=288,86 ккал/кг

6.9) Уравнение теплопередачи для всех поверхностей нагрева записывают

в следующем виде:

Где k—коэффициент теплопередачи,Dt—температурный напор,

Н—расчётная поверхность нагрева.

6.9.1) При сжигании бурого угля коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

Где aк—коэффициент теплоотдачи конвекцией; aл—коэффициент теплоотдачи излучением

газового объёма в трубном пучке;

= 1;

6.9.2) Для определения aк—коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке

труб рассчитаем среднюю скорость газового потока:

10696,6·6,8·(1050,75+273)/(3600·25,109·273)=3,90 м/с

Где =(1000+1105,5)/2 = 1050,750С

Для нахождения aкпо номограммам определяем aн=36 ккал/м2·ч·0С

и добавочные коэффициенты: Cz= 0.903CФ=0,927 СS=0.958

• ak = aн·Сz·Сф·Сs= 36·0,903·0,927·0,958=28,869 ккал/м2·ч·0С

6.9.3) Для нахождения aл используем номограммы и степень черноты продуктов

горения ‘a’:

Для незапылённой поверхности k·p·S = kг·rn·S·p, где р = 1кгс/ см2; rn=0,217

0,9·0,06·((4·0,24·0,25)/(3,14·0,06·0,06)-1)=1,0925 м

рn·S = rn·S =0,217·1,0925=0,237

По номограмме находим kг=0,780;

= 0,213 tз = tн + 70 =325

По номограмме находим aн=207 ккал/м2·ч·0С aл= aн·а·сг=207·0,213·0,971=42,94

где сг=0,971

6.9.4)

1·(42,94+28,869)=74,817 ккал/м2·ч·0С

Δε=0,003 Сd=0,0166

ε0=0,0077 Cфр=1

0,00313

51,636

Находим температурный напор:

51,636·82.653·695,75/10696.6=277,6ккал/кг

1050,75-(255+445)/2=695,750С

6.10) Если тепловосприятия фестона по уравнениям теплового баланса и теплопередачи

отличаются менее чем на 5%, то температура за фестоном задана правильно:

(288,86-277,6)/288,86=0,038 3,8 % < 5%

т.о. поверочный расчёт выполнен.

studfiles.net

VI. Поверочный расчёт фестона.

6.1.) В котле, разрабатываемом в курсовом проекте, на выходе из топки расположен трёхрядный испарительный пучок, образованный трубами заднего топочного экрана, с увеличенным поперечными и продольными шагами и называемый фестон. Изменение конструкции фестона связано с большими трудностями и капитальными затратами, поэтому проводим поверочный расчёт фестона.

Задачей поверочного расчёта является определение температуры газов за фестоном при заданных конструктивных размерах и характеристиках поверхности нагрева, а также известной температуре газов перед фестоном, т.е на выходе из топки.

2. По чертежам парового котла составляют эскиз фестона.

3. По чертежам парового котла составляем таблицу:

Длину трубы в каждом ряду Liопределяем по осевой линии трубы с учётом её конфигурации от плоскости входа трубы в обмуровку топки или изоляцию барабана до точки перечения оси трубы каждого ряда с плоскостью ската горизонтального газохода. Количество труб в рядуZ1определяют по эскизу, выполнив по всей ширине газохода разводку труб экрана в фестон.

Поперечный шаг S1равен утроённому или уетверённому шагу заднего экрана топки, если этот экран образует соответственно три или четыре ряда фестона. Поперечные шаги для всех рядов и всего фестона одинаковы. Продольные шагиS2срв целом определяем как среднее арифметическое значение, т.к поверхности нагрева рядов близки между собой.

Принимаем Хф= 1, тем самым увеличиваем конвективную поверхность пароперегревателя

(в пределах 5%), что существенно упрощает расчёт.

ПоS1сриS2сропределяем эффективную толщину излучающего слоя фестонаSф

2. Расположение труб в пучке – шахматное, омывание газами – поперечное (угол отклонения потока от нормали не учитываем). Высоту газохода ‘а’ определяют в плоскости, проходящей по осям основного направления каждого ряда труб в границах фестона. Ширина газохода ‘b’ одинакова для всех рядов фестона, её определяют как расстояние между плоскостями, проходящими через оси труб правого и левого боковых экранов.

3. Площадь живого сечения для прохода газов в каждом ряду:

Fi=aib-Z1liпрd; гдеliпр– длина проекции трубы на плоскость сечения, проходящую через ось труб расчитываемого ряда.

Fсрнаходим как среднее арифметическое междуF1иF4.

6.6) Расчётная поверхность нагрева каждого ряда равна геометрической поверхности всех труб в ряду по наружному диаметру и полной обогреваемой газами длине трубы, измеренной по её оси с учётом конфигурации, т.е гибов в пределах фестона:

Нi=dZ1ili; гдеZ1i– число труб в ряду;li– длина трубы в ряду по её оси.

Расчётная поверхность нагрева фестона определяют как сумму поверхностей всех рядов:

Нi= Н1+ Н2+ Н3= 13,194+13,119+13,2701= 39,5841 м;

На правой и левой стене газохода фестона расположена часть боковых экранов, поверхность которых не превышает 5% от поверхности фестона:

Ндоп= хбFстНiI= Нф+ Ндоп= 39,5841 + 2,8288.0,905 = 42,1295 м;

6.7) Составляем таблицу исходных данных для поверочного теплового расчёта фестона.

8. Ориентировачно принимают температуру газов за фестоном на 301000С ниже, чем перед ним:

Для находим энтальпию газов за фестоном

и по уравнению теплового баланса определяем тепловосприятие фестона:

8. Уравнение теплопередачи для всех поверхностей нагрева записывают в следующем виде:

Где k—коэффициент теплопередачи,t—температурный напор,

Н—расчётная поверхность нагрева.

6.9.1) При сжигании газа коэффициент теплопередачи определяют по формуле:

Где к—коэффициент теплоотдачи конвекцией;л—коэффициент теплоотдачи излучением газового объёма в трубном пучке;-- коэффициент тепловой эффективности поверхности;= 1;

6.9.2) Для определенияк—коэффициента теплоотдачи конвекцией от газов к стенке труб рассчитаем среднюю скорость газового потока:

 для фестона при скорости газов 3,0827 м/с равен 0,85;

Для нахождения кпо номограммам определяемн=30,8 ккал/м2чоС и добавочные коэффициенты: Сz=0,98; Сф=1,022; Сs=0,94;к =нСzСфСs= 380,920,970,94 = 31,9 ккал/м2чоС;

3. Для нахождениялиспользуем номограммы и степень черноты продуктов горения ‘a’:

Для незапылённой поверхности kpS=kгrnSp, где р = 1кгс/ см2;rn=0,2707;

рnS = rnS = 0,95440,2707 = 0,2583;

По номограмме находимkг= 1,037;

По номограмме находим Сг=1;н=155,814 ккал/м2чоС;л =наСг =155,81410,1526=23,78 ккал/м2чоС;

6.9.4)

Находим температурный напор:

6.10) Если тепловосприятия фестона по уравнениям теплового баланса и теплопередачи отличаются менее чем на 5%, то температура за фестоном задана правильно:

т.о поверочный расчёт выполнен.

studfiles.net

НА ПЫЛЕВИДНОМ ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ — Мегаобучалка

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие «Котельные установки и парогенераторы» написано в соот­ветствии c программой одноименной учебной дисциплины по специальности 140104 (100700) «Промышленная теплоэнергетика».

Основную направленность содержания настоящего учебника авторы видят в раскрытии и анализе рабочих процессов, протекающих в энергетических котлах, что соответствует характеру подготовки специалистов как инженеров эксплуатационно – наладочного профиля.

В учебном пособии приводится общее устройство парового котла и раскрывается современное конструктивное выполнение его поверхностей нагрева, позво­ляющее показать характер аэродинамических, гидравлических, механических и физико – химических процессов в различ­ных элементах котла.

Раздел, связанный с котельным топливом и технологией его сжигания, изложен в несколько сокращенном объеме в части подготовки топлив к сжиганию, поскольку в учеб­ном плане эти вопросы изучаются в дисциплине «Топливо и теория горения». Основное внимание уделено организации сжигания, конструкции топочных устройств и экономичности работы парового котла.

В учебном пособии отсутствует раздел, связанный с методикой теплового и аэродинамического расчета элементов котельного агрегата, так как эти вопросы изложены в учебном пособии С.Н. Смородина, А.Н. Иванова «Тепловой и аэродинамический расчеты котельных установок».

Учебное пособие сопровождается большим числом иллюстраций и принципиальных схем для лучшего усвоения материала.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В котельной технике применяют следующие термины и определения:

Котел– устройство, в котором для получения пара или нагрева воды с давлением выше атмосферного, потребляемых вне этого устройства, используется теплота, выделяющаяся при сгорании органического топлива, а также теплота отходящих газов. Котел состоит из топки, поверхностей нагрева, каркаса, обмуровки. В котел могут также входить: пароперегреватель, поверхностный экономайзер и воздухоподогреватель.

Котельная установка – совокупность котла и вспомогательного оборудования, включающего: тягодутьевые машины, сборные газоходы, дымовую трубу, воздухопроводы, насосы, теплообменные аппараты, автоматику, водоподготовительное оборудование.

Топка (топочная камера) – устройство, предназначенное для преобразования химической энергии топлива в физическую теплоту высокотемпературных газов с последующей передачей теплоты этих газов поверхностям нагрева (рабочему телу).

Поверхность нагрева– элемент котла для передачи теплоты от факела и продуктов сгорания теплоносителю (вода, пар, воздух).

Радиационная поверхность – поверхность нагрева котла, получающая теплоту в основном излучением.

Конвективная поверхность – поверхность нагрева котла, получающая теплоту в основном конвекцией.

Экраны – поверхности нагрева котла, расположенные на стенках топки и газоходов и ограждающие эти стенки от воздействия высоких температур.

Фестон – испарительная поверхность нагрева, располагаемая в выходном окне топки и образованная, как правило, трубами заднего экрана, разведенными на значительные расстояния путем образования многорядных пучков. Назначение фестона заключается в организации свободного выхода из топки топочных газов в поворотный горизонтальный газоход.

Барабан – устройство, в котором осуществляется сбор и раздача рабочей среды, обеспечение запаса воды в котле, разделение пароводяной смеси на пар и воду. Для этой цели используются размещенные в нем паросепарационные устройства.

Котельный пучок – конвективная поверхность нагрева котла, представляющая собой группу труб, соединенных общими коллекторами или барабанами.

Пароперегреватель – устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

Экономайзер – устройство для предварительного нагрева воды продуктами сгорания до подачи ее в барабан котла.

Воздухоподогреватель – устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания до подачи его в горелки.

ОБЩАЯ СХЕМА КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ, РАБОТАЮЩЕЙ

НА ПЫЛЕВИДНОМ ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

Общая схема котельной установки с естественной циркуляцией, работающей на твердом топливе, представлена на рис. 1.

Газовый тракт. Угольная пыль из системы пылеприготовления 1 через горелку 2 поступает в топочную камеру 3, сгорает во взвешенном состоянии, образуя факел, температура которого составляет 1600-2200 °С (в зависимости от вида сжигаемого топлива). Шлак, образующийся в процессе горения топлива, через так называемую холодную воронку 4 поступает в специальный бункер, оттуда водой смывается в шлакопроводы, а затем багерными насосами шлак направляется на золоотвал. От факела тепло излучением передается топочным экранам, при этом дымовые газы охлаждаются и температура их на выходе из топки составляет 900-1100 °С. Проходя последовательно через поверхности нагрева (фестон 27, пароперегреватель 29, расположенный в горизон-тальном газоходе 5, водяные экономайзеры 20, 21 и воздухоподогреватели 14, 15, расположенные в конвективной шахте 6), дымовые газы отдают свое тепло рабочему телу (пар, вода, воздух) и охлаждаются до температуры 120-170 °С за первой ступенью воздухоподогревателя. Затем дымовые газы по газоходу 7 поступают в золоуловитель 8, где происходит улавливание золовых частиц из потока дымовых газов. Зола, уловленная из дымовых газов в золоуловителе воздухом или водой, транспортируется на золоотвал. Очищенные от золы дымовые газы дымососом 9 направляются в дымовую трубу 10. С помощью дымовой трубы происходит рассеивание вредных пылегазовых выбросов в атмосфере.

Воздушный тракт. Холодный воздух из верхней части помещения котельного цеха с температурой 20-30 °С забирается вентилятором 12 через воздухозаборную шахту 11 и направляется в воздухоподогреватель 1-й ступени 14. В некоторых случаях холодный воздух может подогреваться до температуры 50-90 °С. При этом подогрев воздуха до 50 °С осуществляется за счет рециркуляции части горячего воздуха во всасывающий патрубок вентилятора, а до температуры 85-90 °С - в паровом или водяном калорифере 13. Проходя последовательно 1-ю и 2-ю ступени воздухоподогревателя (14, 15), воздух нагревается до температуры 300-350 °С. После воздухоподогревателя 2-й ступени воздух поступает в воздухопровод горячего воздуха 16 и часть его (первичный воздух) по воздухопроводу 17 направляется на мельницу для сушки и транспортировки угольной пыли. Другая часть (вторичный воздух) по воздухопроводу 18 направляется к пылеугольным горелкам.

Рис.1. Общая схема котельной установки с естественной циркуляцией,

работающей на твердом топливе:

топливный тракт:

1 – система пылеприготовления; 2 – пылеугольная горелка;

газовый тракт:

3 – топочная камера; 4 – холодная воронка; 5 – горизонтальный газоход; 6 – конвективная шахта; 7 – газоход; 8 – золоуловитель; 9 – дымосос; 10 – дымовая труба;

воздушный тракт:

11 – воздухозаборная шахта; 12 – вентилятор; 13 – калорифер; 14 – воздухоподогреватель 1-й ступени; 15 – воздухоподогреватель 2-й ступени; 16 – воздуховоды горячего воздуха; 17 – первичный воздух; 18 – вторичный воздух;

пароводяной тракт:

19 – подвод питательной воды; 20 – водяной экономайзер 1-й ступени; 21 – водяной экономайзер 2-й ступени; 22 – трубопровод питательной воды; 23 – барабан; 24 – опускные трубы; 25 – нижние коллекторы; 26 – экранные (подъемные) трубы; 27 – фестон; 28 – паропровод сухого насыщенного пара; 29 – пароперегреватель; 30 – пароохладитель; 31 – главная паровая задвижка (ГПЗ)

Вторичный воздух служит для регулирования топочного процесса с целью поддержания оптимального режима горения в топке. Количество первичного и вторичного воздуха определяется характеристиками топлива.

Пароводяной тракт.Питательная вода после предварительной подготовки (умягчение, деаэрация) питательным насосом подается в коллектор экономайзера 1-й ступени. Температура ее после регенеративного подогревателя 145-220 °С. Если для регулирования температуры пара установлен поверхностный пароохладитель 30, то часть воды предварительно направляется туда, чтобы обеспечить регулирование температуры перегретого пара. Проходя последовательно 1-ю и 2-ю ступени водяного экономайзера 20, 21, вода нагревается либо до температуры кипения (tпв = tкип) – экономайзер кипящего типа, либо до температуры ниже температуры кипения (tпв < tкип) – экономайзер некипящего типа. Затем по трубопроводу 22 питательная вода подается в барабан котла 23, откуда по опускным трубам 24 вода поступает в нижние коллекторы 25 фронтового, заднего и боковых экранов топочной камеры, а из них в экранные (подъемные) трубы. За счет тепловосприятия экранами лучистого тепла от факела вода в них сначала нагревается до температуры кипения, так как в опускных трубах температура ее несколько ниже, а затем образуется пароводяная смесь, которая поступает в барабан 23. Такое движение воды называется естественной циркуляцией и происходит за счет разности плотностей воды в опускных трубах и пароводяной смеси в экранных (подъемных) трубах.

В барабане котла происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду. В паровом пространстве барабана установлены сепарационные устройства, с помощью которых происходит улавливание капелек влаги из потока пара. Полученный в барабане сухой насыщенный пар по паропроводу 28 поступает в пароперегреватель 29, сначала в его противоточную часть, затем в прямоточную, где пар перегревается до заданной температуры. Между противоточной и прямоточной частью пароперегревателя устанавливается пароохладитель 30, который служит для регулирования температуры пара. Пар с заданными параметрами через главную паровую задвижку 31 поступает в паропровод и далее – к потребителю (паровые турбины, технологические потребители).

Котел с внешней стороны имеет наружное ограждение – обмуровку, которая включает в себя обшивку из стального листа 3-4 мм со стороны помещения котельной, вспомогательный каркас, и собственно огнеупорную обмуровку – тепловую изоляцию толщиной 50-200 мм. Основное назначение обмуровки и обшивки заключается в уменьшении тепловых потерь в окружающую среду и обеспечении газовой плотности.

Каждый паровой котел снабжается гарнитурой и арматурой. К гарнитуре относятся все приспособления и устройства - лючки, лазы, шиберы, обдувочные устройства и т. п.; к арматуре - все приборы и устройства, связанные с измерением параметров и регулированием рабочего тела (манометры, водоуказатели, задвижки, вентили, предохранительные и обратные клапаны и др.), обеспечивающие возможность и безопасность обслуживания агрегата.

Конструкции котла опираются на несущий стальной каркас, основными элементами которого являются стальные балки и колонны.

megaobuchalka.ru

Котлы - Учебное пособие - Учебное пособие Котельные установки и парогенераторы

Учебное пособие «Котельные установки и парогенераторы» написано в соот­ветствии c программой одноименной учебной дисциплины по специальности 140104 (100700) «Промышленная теплоэнергетика».

Основную направленность содержания настоящего учебника авторы видят в раскрытии и анализе рабочих процессов, протекающих в энергетических котлах, что соответствует характеру подготовки специалистов как инженеров эксплуатационно – наладочного профиля.

В учебном пособии приводится общее устройство парового котла и раскрывается современное конструктивное выполнение его поверхностей нагрева, позво­ляющее показать характер аэродинамических, гидравлических, механических и физико – химических процессов в различ­ных элементах котла.

Раздел, связанный с котельным топливом и технологией его сжигания, изложен в несколько сокращенном объеме в части подготовки топлив к сжиганию, поскольку в учеб­ном плане эти вопросы изучаются в дисциплине «Топливо и теория горения». Основное внимание уделено организации сжигания, конструкции топочных устройств и экономичности работы парового котла.

В учебном пособии отсутствует раздел, связанный с методикой теплового и аэродинамического расчета элементов котельного агрегата, так как эти вопросы изложены в учебном пособии С.Н. Смородина, А.Н. Иванова «Тепловой и аэродинамический расчеты котельных установок».

Учебное пособие сопровождается большим числом иллюстраций и принципиальных схем для лучшего усвоения материала.

1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯВ котельной технике применяют следующие термины и определения:

Котел – устройство, в котором для получения пара или нагрева воды с давлением выше атмосферного, потребляемых вне этого устройства, используется теплота, выделяющаяся при сгорании органического топлива, а также теплота отходящих газов. Котел состоит из топки, поверхностей нагрева, каркаса, обмуровки. В котел могут также входить: пароперегреватель, поверхностный экономайзер и воздухоподогреватель.

Котельная установка – совокупность котла и вспомогательного оборудования, включающего: тягодутьевые машины, сборные газоходы, дымовую трубу, воздухопроводы, насосы, теплообменные аппараты, автоматику, водоподготовительное оборудование.

Топка (топочная камера) – устройство, предназначенное для преобразования химической энергии топлива в физическую теплоту высокотемпературных газов с последующей передачей теплоты этих газов поверхностям нагрева (рабочему телу).

Поверхность нагрева – элемент котла для передачи теплоты от факела и продуктов сгорания теплоносителю (вода, пар, воздух).

Радиационная поверхность – поверхность нагрева котла, получающая теплоту в основном излучением.

Конвективная поверхность – поверхность нагрева котла, получающая теплоту в основном конвекцией.

Экраны – поверхности нагрева котла, расположенные на стенках топки и газоходов и ограждающие эти стенки от воздействия высоких температур.

Фестон – испарительная поверхность нагрева, располагаемая в выходном окне топки и образованная, как правило, трубами заднего экрана, разведенными на значительные расстояния путем образования многорядных пучков. Назначение фестона заключается в организации свободного выхода из топки топочных газов в поворотный горизонтальный газоход.

Барабан – устройство, в котором осуществляется сбор и раздача рабочей среды, обеспечение запаса воды в котле, разделение пароводяной смеси на пар и воду. Для этой цели используются размещенные в нем паросепарационные устройства.

Котельный пучок – конвективная поверхность нагрева котла, представляющая собой группу труб, соединенных общими коллекторами или барабанами.

Пароперегреватель – устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле.

Экономайзер – устройство для предварительного нагрева воды продуктами сгорания до подачи ее в барабан котла.

Воздухоподогреватель – устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания до подачи его в горелки.

2. ОБЩАЯ СХЕМА КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ, РАБОТАЮЩЕЙ

Газовый тракт. Угольная пыль из системы пылеприготовления 1 через горелку 2 поступает в топочную камеру 3, сгорает во взвешенном состоянии, образуя факел, температура которого составляет 1600-2200 °С (в зависимости от вида сжигаемого топлива). Шлак, образующийся в процессе горения топлива, через так называемую холодную воронку 4 поступает в специальный бункер, оттуда водой смывается в шлакопроводы, а затем багерными насосами шлак направляется на золоотвал. От факела тепло излучением передается топочным экранам, при этом дымовые газы охлаждаются и температура их на выходе из топки составляет 900-1100 °С. Проходя последовательно через поверхности нагрева (фестон 27, пароперегреватель 29, расположенный в горизон-тальном газоходе 5, водяные экономайзеры 20, 21 и воздухоподогреватели 14, 15, расположенные в конвективной шахте 6), дымовые газы отдают свое тепло рабочему телу (пар, вода, воздух) и охлаждаются до температуры 120-170 °С за первой ступенью воздухоподогревателя. Затем дымовые газы по газоходу 7 поступают в золоуловитель 8, где происходит улавливание золовых частиц из потока дымовых газов. Зола, уловленная из дымовых газов в золоуловителе воздухом или водой, транспортируется на золоотвал. Очищенные от золы дымовые газы дымососом 9 направляются в дымовую трубу 10. С помощью дымовой трубы происходит рассеивание вредных пылегазовых выбросов в атмосфере.

Воздушный тракт. Холодный воздух из верхней части помещения котельного цеха с температурой 20-30 °С забирается вентилятором 12 через воздухозаборную шахту 11 и направляется в воздухоподогреватель 1-й ступени 14. В некоторых случаях холодный воздух может подогреваться до температуры 50-90 °С. При этом подогрев воздуха до 50 °С осуществляется за счет рециркуляции части горячего воздуха во всасывающий патрубок вентилятора, а до температуры 85-90 °С - в паровом или водяном калорифере 13. Проходя последовательно 1-ю и 2-ю ступени воздухоподогревателя (14, 15), воздух нагревается до температуры 300-350 °С. После воздухоподогревателя 2-й ступени воздух поступает в воздухопровод горячего воздуха 16 и часть его (первичный воздух) по воздухопроводу 17 направляется на мельницу для сушки и транспортировки угольной пыли. Другая часть (вторичный воздух) по воздухопроводу 18 направляется к пылеугольным горелкам.

Рис.1. Общая схема котельной установки с естественной циркуляцией,

работающей на твердом топливе:

топливный тракт:

1 – система пылеприготовления; 2 – пылеугольная горелка;

газовый тракт:

3 – топочная камера; 4 – холодная воронка; 5 – горизонтальный газоход; 6 – конвективная шахта; 7 – газоход; 8 – золоуловитель; 9 – дымосос; 10 – дымовая труба;

воздушный тракт:

11 – воздухозаборная шахта; 12 – вентилятор; 13 – калорифер; 14 – воздухоподогреватель 1-й ступени; 15 – воздухоподогреватель 2-й ступени; 16 – воздуховоды горячего воздуха; 17 – первичный воздух; 18 – вторичный воздух;

пароводяной тракт:

19 – подвод питательной воды; 20 – водяной экономайзер 1-й ступени; 21 – водяной экономайзер 2-й ступени; 22 – трубопровод питательной воды; 23 – барабан; 24 – опускные трубы; 25 – нижние коллекторы; 26 – экранные (подъемные) трубы; 27 – фестон; 28 – паропровод сухого насыщенного пара; 29 – пароперегреватель; 30 – пароохладитель; 31 – главная паровая задвижка (ГПЗ)

Вторичный воздух служит для регулирования топочного процесса с целью поддержания оптимального режима горения в топке. Количество первичного и вторичного воздуха определяется характеристиками топлива.

Пароводяной тракт.Питательная вода после предварительной подготовки (умягчение, деаэрация) питательным насосом подается в коллектор экономайзера 1-й ступени. Температура ее после регенеративного подогревателя 145-220 °С. Если для регулирования температуры пара установлен поверхностный пароохладитель 30, то часть воды предварительно направляется туда, чтобы обеспечить регулирование температуры перегретого пара. Проходя последовательно 1-ю и 2-ю ступени водяного экономайзера 20, 21, вода нагревается либо до температуры кипения (tпв = tкип) – экономайзер кипящего типа, либо до температуры ниже температуры кипения (tпвкип) – экономайзер некипящего типа. Затем по трубопроводу 22 питательная вода подается в барабан котла 23, откуда по опускным трубам 24 вода поступает в нижние коллекторы 25 фронтового, заднего и боковых экранов топочной камеры, а из них в экранные (подъемные) трубы. За счет тепловосприятия экранами лучистого тепла от факела вода в них сначала нагревается до температуры кипения, так как в опускных трубах температура ее несколько ниже, а затем образуется пароводяная смесь, которая поступает в барабан 23. Такое движение воды называется естественной циркуляцией и происходит за счет разности плотностей воды в опускных трубах и пароводяной смеси в экранных (подъемных) трубах.

В барабане котла происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду. В паровом пространстве барабана установлены сепарационные устройства, с помощью которых происходит улавливание капелек влаги из потока пара. Полученный в барабане сухой насыщенный пар по паропроводу 28 поступает в пароперегреватель 29, сначала в его противоточную часть, затем в прямоточную, где пар перегревается до заданной температуры. Между противоточной и прямоточной частью пароперегревателя устанавливается пароохладитель 30, который служит для регулирования температуры пара. Пар с заданными параметрами через главную паровую задвижку 31 поступает в паропровод и далее – к потребителю (паровые турбины, технологические потребители).

Котел с внешней стороны имеет наружное ограждение – обмуровку, которая включает в себя обшивку из стального листа 3-4 мм со стороны помещения котельной, вспомогательный каркас, и собственно огнеупорную обмуровку – тепловую изоляцию толщиной 50-200 мм. Основное назначение обмуровки и обшивки заключается в уменьшении тепловых потерь в окружающую среду и обеспечении газовой плотности.

Каждый паровой котел снабжается гарнитурой и арматурой. К гарнитуре относятся все приспособления и устройства - лючки, лазы, шиберы, обдувочные устройства и т. п.; к арматуре - все приборы и устройства, связанные с измерением параметров и регулированием рабочего тела (манометры, водоуказатели, задвижки, вентили, предохранительные и обратные клапаны и др.), обеспечивающие возможность и безопасность обслуживания агрегата.

Конструкции котла опираются на несущий стальной каркас, основными элементами которого являются стальные балки и колонны.

3. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ. ОБЪЕМЫ И ЭНТАЛЬПИИ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Материальный баланс процесса горения устанавливает математическую связь между веществами, вступившими в реакцию (топливо и окислитель), и конечными продуктами (продукты сгорания).

Материальный баланс составляется на один килограмм твердого или жидкого топлива или на один кубометр газа.

Горючие составляющие топлива вступают в химическую реакцию с кислородом в определенном количественном соотношении, определяемым законом Дальтона.

Реакции полного горения:

С + О2 = СО2 ;

S + О2 = SО2 ;

2Н2 + О2 = 2Н2О .

Расход кислорода и количество образующихся продуктов сгорания определяются из стехиометрических соотношений реакций горения. Суммируя затраты кислорода на сжигание горючих составляющих на 1 кг топлива и учитывая кислород, содержащийся в топливе, получают теоретически необходимое количество кислорода для сжигания 1 кг (1 м3) топлива. Учитывая, что содержание кислорода в воздухе 21 % по объему, теоретически необходимое количество воздуха для горения Vо составляет:

- для твердого и жидкого топлива:

, м3/кг ;

- для газа:

, м3/м3.Минимальный объем дымовых газов при полном сгорании 1 кг (1 м3) топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (α=1) находят по формулам:- объем сухих трехатомных газов:

для твердого и жидкого топлива:

, м3/кг ;

для газа:

, м3/м3 ;

- объем азота:

для твердого и жидкого топлива:

, м3/кг ;

для газа:

, м3/м3 ;

- объем водяных паров:

для твердого и жидкого топлива:

, м3/кг .

При наличии парового дутья или парового распыливания мазута с расходом пара Gф, кг/кг, к величине добавляется величина 1,24 Gф

для газа:

, м3/м3 ,

где dr.тл - влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа, принимается равным 10г/м3.

Полный объем дымовых газов

, м3/кг (м3/м3) .

В процессе горения по мере расходования топлива и кислорода и уменьшения действующих концентраций выгорание замедляется. В камерах сгорания котлов условия реагирования ухудшаются из-за несовершенства аэродинамики топочных устройств и, как следствие, недостаточно полного смешения вступающих в процесс горения больших масс топлива и воздуха. Поэтому воздуха для горения подается больше его теоретически необходимого количества.

Отношение количества воздуха, действительно поступающего в топку Vв , к теоретически необходимому его количеству называется коэффициентом избытка воздуха

.

Коэффициент избытка воздуха в топке должен обеспечить практически полное сгорание топлива, он выбирается в зависимости от типа топочного устройства и вида сжигаемого топлива. Избыток воздуха включает в себя коэффициент избытка воздуха, подаваемого в горелку , и присосы холодного воздуха извне при работе топки под разрежением . Под присосами воздуха понимают ту часть балластного воздуха, которая поступает в газоходы котла, находящиеся обычно под разряжением, через неплотности в обмуровке.

Избыток воздуха за каждой поверхностью нагрева после топочной камеры i получают прибавлением к тсоответствующих присосов воздуха в отдельных поверхностях нагрева

.

Действительные объемы продуктов сгорания определяются по среднему значению коэффициента избытка воздуха ср в поверхностях нагрева, равному полусумме значений на входе и выходе из нее, м3/кг или м3/м3 .

Действительный объем водяных паров

.

Полный объем газов

.

Безразмерная концентрация золовых частиц в потоке дымовых газов определяется по формуле

,

где аун - доля золы, уносимая потоками газов, зависит от вида топки и способа сжигания:

для камерных топок с твердым шлакоудалением аун= 0,95;

при жидком шлакоудалении аун= 0,5- 0,7;

при слоевом сжигании аун= 0,15- 0,2;

в циклонных топках аун= 0,1- 0,15.

Gг - масса дымовых газов на килограмм топлива, при сжигании твердого топлива и мазута составляет

, кг/кг .

Объемные доли трехатомных газов и водяных паров, равные парциальным давлениям газов

; ; . Расчет энтальпий воздуха и продуктов сгорания. Для всех видов топлив энтальпии теоретических объемов воздуха и продуктов сгорания (кДж/кг или кДж/м3) при коэффициенте избытка воздуха α=1

;

.

Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха  > 1 равна

.

В приведенных формулах: (с)в , , , – энтальпии 1 м3 при постоянном давлении соответственно воздуха, трехатомных газов, водяных паров и азота.

Энтальпия золы рассчитывается по формуле

,

где (с )зл – энтальпия 1 кг золы, кДж/кг.

Энтальпия золы невелика по сравнению с другими составляющими и учитывается, когда приведенный унос летучей золы с потоком газов значителен aун > 1,4 (% ·кг)/МДж, где - приведенная зольность топлива.

= , ( % ∙кг)/МДж .

topuch.ru

Котел

Использование: в котельной технике, в частности, в передвижных котельных установках. Сущность изобретения: спинки 3, 8 П-образных экранов топки 1 расположены оппозитно. Спинка 8 выполнена в виде фестона, посредством которого топка 1 сообщена с конвективным газоходом 2. Продукты сгорания на фестоне интенсивно охлаждаются, унос сепарируется. Это снижает габариты топки 1 и металлоемкость котла. При этом снижается уровень температур и их неравномерность по сечению газохода 2, что снижает эррозионный и коррозионный износ конвективной поверхности 13 котла и повышает его межремонтный период. 2 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котельной технике, в частности в передвижных котельных установках.

Формула изобретения

РИСУНКИ

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике , а именно к котлам, работающим в системах отопления и горячего водоснабжения , улучшает их ремонтопригодность и обеспечивает регулирование теплопроизводительности

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к конвенционным поверхностям нагрева энергетических котлов, работающих на твердом Топливе с высокоабразивной золой

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на ТЭС, оборудованных водогрейными котлами

Изобретение относится к теплооб.менной технике и может быть, в частности, использовано в качестве конвективных поверхностей нагрева котлов

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в паровых котлах, сжигающих износоопасные топлива

Изобретение относится к способу эксплуатации проточного парогенератора, а также работающему согласно ему проточному парогенератору

Изобретение относится к парогенерирующим трубчатым элементам и может быть использовано в паровых котлах и энерготехнологических агрегатах

Изобретение относится к парогенераторам, работающим в прямоточном режиме

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к способам консервации котлов после останова со снижением давления до атмосферного, и может быть применено для консервации барабанных, прямоточных и водогрейных котлов

Изобретение относится к способу изготовления прямоточного парогенератора, который содержит образованную из герметично сваренных друг с другом парогенераторных труб ограждающую стенку, которую предварительно изготавливают в цехе в виде модулей, которые сваривают друг с другом при окончательном монтаже

Изобретение относится к деталям силовых установок, используемых в окислительных условиях, создаваемых паром парогенераторов силовых установок

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в парогенераторостроении

Изобретение относится к очистке газов от твердых частиц и может использоваться в твердотопливных котлах для защиты их поверхностей нагрева от износа золой, снижения механического недожога топлива с уносом или для заполнения топки циркулирующими частицами

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котельной технике, в частности в передвижных котельных установках

www.findpatent.ru

Смотрите также

• 
  Котлы termica
• 
  Котлы гранульные
• 
  Термико котел
• 
  Котлы октан
• 
  Котел gorenje
• 
  Комконт котел
• 
  Ростерм котел
• 
  Котел termodinamik
• 
  Kalvis котел
• 
  Якутский котел
• 
  Котел викинг