Дипломная работа на тему Определение энергосберегающих показателей парогенератора БКЗ-420-140-7

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный университет

им. академика Е.А. Букетова

Определение энергосберегающих показателей парогенератора

БКЗ-420-140-7

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

специальность 050723 – «Техническая физика»

Выполнил

Ж.Б. Дуйсембаев

Научный руководитель

к.т.н., доцент

В.К. Корабейникова

Караганда 2011г.

ЗАДАНИЕ

на выполнение дипломной работы

Студентки

Дуйсембаева Жаннура Бакытбаевича

4 курс, ФТФК-404, 050723-«Техническая физика», кредитная форма обучения_________________________________________________________________________________________

1. Тема дипломной работы

Определение энергосберегающих показателей парогенератора БКЗ 420 140-7_____________________________________________________________________________ утверждена приказом по университету от « » октября 2010г. №

2. Срок сдачи студентом законченной работы «16» апреля 2011г.

3. Исходные данные к проекту (работе)

Парогенератор с естественной циркуляцией, рассчитанный на сжигание майкубенского бурого угля. Завод изготовитель – АО Сибэнергомаш.

4. Перечень вопросов, подлежащих к разработке в дипломной работе

1. Исследование конструктивных особенностей и условий работы парогенератора БКЗ-420-140-7 __________________________________________________

2. Исследование теплотехнических характеристик бурого угля и условий его сжигания _______________________________________________________________

3. Определение энергосберегающих показателей парогенератора БКЗ-420-140-7 ___________________________________________________________________________

4. Выводы и предложения. ___________________________________________

5. Перечень графических материалов (с точным названием обязательных чертежей)

Презентация дипломной работы (Эскизы, рисунки, графическое изображение полученных результатов) ______________________________________

6. Перечень основной рекомендуемой литературы Хзмалян Д.М. Теория топочных процессов. Резников М.И., Липов Ю.М. Котельные установки электростанций, Частухин В.И., Частухин В.В. Топливо и теория горения. _______________________________________________________________________________

7. Консультации по работе (с указанием относящихся к ним разделов работы)

Раздел

Научный руководитель, консультант

Срок получения задания

Задание выдал

Задание принял

Введение. Состояние проблемы, актуальность темы, цель и задачи дипломной работы.

Корабейникова В.К.

Хасенов А.К.

17.01.11

1. Исследование конструктивных особенностей и условий работы парогенератора БКЗ-420-140-7

Корабейникова В.К.

Хасенов А.К.

21.01.11

2. Исследование теплотехнических характеристик бурого угля и условий его сжигания

Корабейникова В.К.

Хасенов А.К.

03.02.11

3. Определение энергосберегающих показателей парогенератора БКЗ-420-140-7

Корабейникова В.К.

Хасенов А.К.

09.03.11

Заключение

Корабейникова В.К.

Хасенов А.К.

28.03.11

8. График выполнения дипломной работы

Этапы работы

Срок выполнения этапов работы

Примечание

1

Утверждение темы дипломной работы и получение заданий

11.11.10

17.01.11

2

Сбор материала для подготовки дипломной работы

18.01.11-28.03.11

3

Подготовка теоретической части дипломной работы

Глава 1. Исследование конструктивных особенностей и условий работы парогенератора БКЗ-420-140-7

21.01.11-02.02.11

4

Подготовка аналитической части дипломной работы

Глава 2. Исследование теплотехнических характеристик бурого угля и условий его сжигания

Глава 3. Определение энергосберегающих показателей парогенератора БКЗ-420-140-7

03.02.11-08.03.11

5

Завершение чернового варианта полного текста дипломной работы

04.04.11-06.04.11

6

Предоставление дипломной работы на предзащиту

07.04.11

7

Предоставление дипломной работы на рецензию

12.04.11

8

Предоставление окончательного варианта дипломной работы с отзывом научного руководителя и рецензией

16.04.11

9

Защита дипломной работы

В соответст-вии с распи-санием ГАК

Дата выдачи задания 15 декабря 2010г. _______________________

Научный руководитель _____________ Корабейникова В.К., к.т.н., доцент. (подпись)

Задание принял: студент _____________ Дуйсембаев Ж.Б.

(подпись)

Введение

Парогенераторная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Основные элементы котельной установки – парогенератор, питательные и тягодутьевые устройства, устройства топливоподачи и автоматического регулирования и др.

Парогенератор – это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов сгорания топлива передается воде. В результате этого в парогенераторах вода превращается в пар, а в водогрейных парогенераторах нагревается до требуемой температуры.

Топочные устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в теплоту нагретых газов. Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в парогенератор.

Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам парогенератора, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают теплоту воде.

Для обеспечения более экономичной работы современные парогенераторные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

Целью дипломной работы является определение энергосберегающих показателей парогенератора БКЗ-420-140-7, которая предполагает решение следующих приоритетных задач:

1. Исследование конструктивных особенностей и условий работы парогенератора БКЗ-420-140-7.

2. Исследование теплотехнических характеристик бурого угля и условий его сжигания.

3. Определение энергосберегающих показателей парогенератора БКЗ 420-140-7.

1 Исследование конструктивных особенностей и условий работы парогенератора БКЗ-420-140-7

1.1 Конструктивные особенности и теплотехнические характеристики парогенератора БКЗ-420-140-7

Парогенератор предназначен для выработки перегретого пара на тепловых электростанциях с теплофикационными турбинами при сжигании бурого угля.

БКЗ – заводская маркировка парогенератора (Барнаульский котельный завод). Согласно ГОСТ 3619-76*, кроме заводской маркировки парогенератор имеет типоразмер – Е-420-13,8-560БТ. Типоразмеры парогенератора определяются контуром циркуляции, паропроизводительностью и регламентированными давлением и температурой перегретого пара.

В парогенераторе БКЗ-420-140-7 контур циркуляции естественный, имеет буквенное обозначение – Е, паропроизводительность – 420т/ч, давление перегретого пара 140кг/см2 (13,8МПА), температура перегретого пара 560оС, Б-рассчитан на сжигание бурого угля с твердым шлакоудаление – Т.

Техническая характеристика парогенератора БКЗ-420-140-7

Температура, оС:

питательной воды 210

уходящих газов 143

КПД (брутто) гарантийный, % 91

Габаритные размеры парогенератора, м:

ширина по осям колони 19,5

глубина по осям колони 20

высота 42

Изготовитель ПО «Сибэнергомаш»

Парогенератор вертикально-водотрубный, барабанный, с естественной циркуляцией, П- образной компоновки, в газоплотном исполнении с твердым шлакоудалением (рисунок 1).

П-образной компоновки парогенератора, работающего с естественной циркуляцией пароводяной смеси, барабан парогенератора обычно размещают сравнительно высоко над топкой; сеперацию пара в этих парогенераторах обычно осуществляют в выносных устройствах- циклонах. При сжигании антрацита применяют полуоткрытую полностью экранированную топку с встречным расположением горелок на передней и задней стенках и подом, предназначенным для жидкого шлакоудаления. На стенках камеры горения размещают шипованные, утепленные огнеупорной массой экраны, а на стенках камеры охлаждения – открытые экраны. Часто применяют комбинированный пароперегреватель, состоящий из потолочной радиационной части, полурадиационных ширм и конвективной части. В нисходящей части агрегата в рассечку, т.е. чередуясь, размещены водяной экономайзер второй ступени (походу воды) и трубчатый воздухоподогреватель второй ступени (по ходу воздуха), а за ними водяной экономайзер и воздухоподогреватель первой ступени. Топочная камера призматическая, открытого типа, выполнена из цельносварных мембранных, газоплотных панелей, изготовленных из труб диаметром 60мм с толщиной стенки 6мм (сталь 20), с вваренной полосой 20 6 мм. Шаг труб в панелях – 80мм.

Шлакоудаление твердое, механизированное, непрерывное, со шнековыми транспортерами и дробилкой.

В нижней части топки трубами фронтового и заднего экранов образована «холодная» воронка. В верхней части топки трубы заднего экрана образует аэродинамический выступ. Потолок топки закрывается панелями фронтового экрана.

Топка оборудована шестью вихревыми горелками, расположенными в два яруса на фронтовой стене.

Барабан парогенератора сварной конструкции с внутренним диаметром 1600мм с толщиной стенки 112мм (сталь 16ГНМА).

Схема испарения двухступенчатая, с промывкой пара питательной водой. Первая ступень испарения включена непосредственно в барабан парогенератора и представляет собой сочетание внутрибарабанных циклонов и паропромывочных устройств. Вторая ступень включена в сепарационные выносные циклоны наружным диаметром 426мм.

Вода из барабана к испарительным экранам подводится по стоякам диаметром 219мм. Пароводяная смесь из экранов в барабан отводится по трубам диаметром 159мм.

Пароперегреватель радиационно-конвективного типа. Радиационная часть пароперегревателя состоит из ширм, размещенных в верхней части топочной камеры, выполненных из труб диаметром 42мм с толщиной стенки 5мм (сталь 12Х1МФ). Конвективная часть в виде отдельных ступеней расположена в горизонтальном газоходе и выполнена из труб диаметром 38мм с толщиной стенки 4; 4,5; 5 и 6мм (сталь 20; 12Х1МФ, 12Х18Н12Т). Боковые стены горизонтального газохода экранированы горизонтальными цельносварными панелями пароперегревателя из труб диаметром 60мм с толщиной стенки 6мм, с шагом 100мм.

Температура перегретого пара регулируется впрыском собственного конденсата в пароохладителях. В конвективном газоходе за пароперегревателем размещены водяной экономайзер и трубчатый воздухоподогреватель, скомпонованные «в рассечку». Экономайзер состоит из гладких труб диаметром 32мм с толщиной стенки 4мм (сталь 20).

Кубы воздухоподогревателя выполнены из труб диаметром 40мм с толщиной стенки 1,5мм (ст.3).

Блоки водяного экономайзера и воздухоподогревателя установлены друг на друге и сварены между собой плотным швом, чтобы исключить присосы холодного воздуха.

Топочная камера и пароперегреватель подвешены к собственному каркасу. Конвективная шахта установлена на собственном портале.

Парогенератор оборудован тепловой камерой для совместной изоляции перепускных труб и камер парогенератор.

Обмуровка представляет собой натрубную изоляцию из вулканитовых плит или асбестовой напыленной массы. Огнеупорные материалы применены только на амбразурах горелок и гарнитуре.

Для очистки поверхностей нагрева парогенератора предусмотрены виброочистка ширм; обдувочные устройства- для стен топки и конвективных пакетов пароперегревателя, дробеочистка- для водяного экономайзера и воздухоподогревателя.

Парогенератор поставляется крупными транспортабельными блоками.

Парогенератор снабжен необходимой арматурой, устройствами отбора проб пара и воды, а также контрольно- измерительными приборами. Процессы питания парогенератора, регулирования температуры перегретого пара и горения автоматизированы. Предусмотрены средства тепловой защиты.

1.2 Условия работы парогенератора БКЗ-420-140-7

Парогенераторы с естественной циркуляцией. Рассмотрим работу замкнутого контура, состоящего из двух систем труб: обогреваемых и не обогреваемых, объединенных вверху барабаном, а внизу коллектором. Замкнутая гидравлическая система, состоящая из обогреваемых и не обогреваемых труб, образует циркуляционный контур, который заполняют водой до уровня на 15-20см ниже диаметральной плоскости барабана. Объем барабана, заполненный водой, называют водяным объемом, а верхнюю часть, занятую паром- паровым объемом. Поверхность, разделяющую паровой и водяной объемы, называют зеркалом испарения. При включении горелок и создании в объеме топки зоны высоких температур газов в обогреваемых газами трубах вода закипает, и поэтому они заполнены пароводяной смесью плотностью . Не обогреваемые трубы заполнены водой, имеющей плотность при давлении в барабане. Следовательно, условная вертикальная плоскость, проходящая вдоль оси нижнего коллектора, с одной стороны, подвержена давлению столба воды, заполняющей не обогреваемые трубы, равному, а с другой – давлению столба пароводяной смеси, заполняющей обогреваемые трубы, равному. Создающаяся в результате этого разность давлений вызывает движение воды в контуре и называется движущим напором естественной циркуляции

(1)

где

– движущий напор естественной циркуляции, Па;

– высота контура, м;

и – плотности воды и пароводяной смеси, кг/м3;

– ускорение свободного падения, м/с2.

По обогреваемым трубам вверх движется пароводяная смесь, в связи с чем они получили название подъемных труб, а по не обогреваемым трубам вода из барабана движется вниз – это опускные трубы. В результате возникшего в контуре движения вода в барабане опускных трубах оказывается по температуре, близкой к насыщенной при давлении в барабане, и бочей среды создается под воздействием напора, возникающего при в подъемных трубах происходит в основном только ее испарение. Движущийся поток пароводяной смеси подъемных труб, обогреваемых высокотемпературными продуктами сгорания, и гарантирует их длительную и надежную работу.

Парогенераторы, в парообразующих трубах которых движение ра обогреве этих труб, получили название паровых котлов с естественной циркуляцией. Чем больше высота контура циркуляции, тем больше развиваемый в нем движущий напор. Его значение не превышает обычно 0,1МПа. Этого достаточно для преодоления гидравлического сопротивления во всем контуре циркуляции. Для уменьшения сопротивлений трубы контура располагают вертикально.

Движение рабочей среды в циркуляционном контуре многократное. Это значит, что в процессе одного цикла прохождения через парообразующие трубы вода испаряется частично. При естественной циркуляции массовое паросодержание, т.е. отношение массы пара на выходе из парообразующих труб к кипящей воде, составляет от 0,03 до 0,25 или от 3 до 25%. При паросодержании на выходе, равном, например, 10%, для полного испарения оставшегося объема воды последний должен пройти через контур циркуляции еще 9 раз, а всего 10 раз, т.е. имеет место 10-кратная циркуляция начального водяного объема.

Поскольку процесс образования и отвода пара из контура происходит непрерывно, в барабан также поступает непрерывно питательная вода в соответствии с расходом пара. Питательная вода, смешиваясь с кипящей водой из подъемных труб, поступает в опускные трубы. Поэтому в контуре все время циркулирует (совершает движение по замкнутому контуру) вода в неизменном количестве. Отношение массового расхода циркулирующей воды ,кг/с, к количеству образовавшегося пара в единицу времени ,кг/с, называется кратностью циркуляции:

(2)

В парогенераторах с естественной циркуляцией кратность циркуляции обычно составляет от 4 до 30. Таким образом, расход воды в контуре циркуляции в раз больше паропроизводительности парогенератора.

Горелкой называется устройство, предназначенное для подачи готовой горючей смеси или смеси, образующейся в самой горелке, а также для стабилизации фронта воспламенения. Устройство, предназначенное для завершения процесса горения и изоляции его от внешних условий, называется топочной камерой. Система горелок в сочетании с топочной камерой называется топочным устройством или просто топкой. Непрерывный процесс подготовки, воспламенения и горения топлива осуществляется в горелке и топочной камере, через которые проходит поток топлива, воздуха и продуктов горения.

Парогенератор представляет собой устройство в виде металлического сосуда, который обогревается продуктами сгорания топлива и служит для получения горячей воды или пара. Основным элементом парогенератора является поверхность нагрева – поверхность металлических стенок, омываемых с одной стороны горячими газами, а с другой – водой. В современных парогенераторах поверхность нагрева выполняется в виде труб, присоединенных к барабанам и коллекторам [?].

В зависимости от места расположения поверхность нагрева парогенератора делится на радиационную и конвективную.

Радиационная поверхность нагрева воспринимает теплоту от газов главным образом вследствие их лучеиспускания. Большая часть этой поверхности, расположенная в топке, называется экраном. В зависимости от места расположения в топке экраны разделяются на боковые (трубы размещены на боковых стенках топки), фронтовые (трубы находятся на передней стенке) и т.д.

Конвективная поверхность нагрева воспринимает теплоту от газов при соприкосновении (конвекции) с ними. Она расположена в газоходах парогенератора, где передача теплоты лучеиспусканием хотя и наблюдается. Но не является главной и по величине значительно меньше передачи теплоты конвекцией.

Площадь поверхности нагрева парогенератора определяется со стороны, омываемой газами. При работе парогенератора нижняя часть его объема всегда заполнена водой, а верхняя часть- паром. Объем парогенератора, занятый водой, называется водяным пространством или водяным объемом. Та часть объема парогенератора, которая при работе заполнена паром, называется паровым пространством. От водяного объема парогенератора зависит устойчивость его работы, так как вода в парогенераторе выполняет роль аккумулятора теплоты: запасает теплоту в период уменьшения нагрузки и отдает ее во время увеличения расхода пара. Поэтому в парогенераторах с большим водяным объемом почти не изменяется давление даже при значительных колебаниях расхода пара.

Паровое пространство необходимо для сбора и осушки пара, образующегося в парогенераторе. Чем больше паровое пространство парогенераторе, тем благоприятнее условия для удаления влаги из пара – осушки. Наличие влаги в паре отрицательно влияет на работу большинство аппаратов, использующих пар. Для удаления влаги из пара в парогенераторе предусматривают сепарирующие устройства.

В процессе работы паровое и водяное пространство изменяются в зависимости от уровня воды в парогенераторе. Самый низкий уровень воды в парогенераторе не должен превышать уровня, при котором возможно резкое увеличение влажности образующегося пара или выброс котловой воды в паропровод. Расстояние между низшими и высшими уровнями воды (в зависимости от размеров парогенераторов) в среднем составляет 50-100мм.

Объем воды между указанными уровнями называется питательным, который в процессе работы парогенератора заполняется попеременно водой и паром. На этих уровнях устанавливают водоуказательные стекла и пароводопробные краны, с помощью которых можно определить, находится ли уровень воды в парогенераторе в допустимых пределах.

Давление пара в парогенераторе контролируется манометрами, которые присоединяют с помощью сифонной изогнутой трубки к паровому пространству парогенератора. Кроме того, на парогенераторе устанавливают предохранительный и обратный клапаны, вентили на питательном и паровом трубопроводах, а также на спускной линии, размещаемой в самой нижней части парогенератора. Эта линия служит для продувки котла с целью удаления осевшей грязи (шлама) и выпуска воды при ремонте.

В результате сжигания топлива в топке образуется продукты сгорания высокой температуры. Эти газы проходят по газоходам парогенератора, образуемым перегородками, омывают пучки труб, по которым движется (циркулирует) вода. В результате газы отдают воде часть своей теплоты и охлаждаются, а вода нагревается и превращается в пар, собираемый в верхнем барабане парогенератора. Воздух для горения подается в топку снизу через поддувало (зольник), где частично собираются зола и мелкие кусочки топлива, провалившиеся через решетку.

Несмотря на большие различия в устройстве, во всех парогенераторах по существу протекают два одинаковых основных процесса: горение топлива с образованием газов высокой температуры (продуктов сгорания) и передача теплоты от этих газов воде. В результате этого в парогенераторах вода нагревается и испаряется, превращаясь в пар. В водогрейных парогенераторах, в отличие от паровых, вода лишь нагревается до требуемой температуры и испарения не происходит.

Работу парогенераторах характеризуют следующие показатели:

1. паропроизводительность (мощность) котла – количества вырабатываемого пара в кг или т в 1с или 1ч;

2. паронапряжение поверхности нагрева – количества пара, кг, получаемого с 1м2 поверхности нагрева за 1ч. Эта величина является важной характеристикой, отражающей интенсивность паросъема в парогенераторе.

3. параметры получаемого пара- давление и температура ;

4. коэффициент полезного действия парогенератора – отношение количества теплоты, расходуемой на образование пара (полезная теплота), ко всей затраченной теплоте, вносимой в топку с топливом; следовательно, коэффициент характеризует степень использования теплоты сгорания топлива в парогенераторе.

Работа водогрейных парогенераторах характеризуется теплопроизводительностью (мощностью) – количеством вырабатываемой теплоты в единицу времени, Вт, а также тепловым напряжением поверхности нагрева парогенератора , температурой нагрева воды и коэффициентом полезного действия. Тепловое напряжение поверхности нагрева (или удельная тепловая нагрузка), Вт/м2, выражает количество теплоты, передаваемой воде за единицу времени через 1 поверхности нагрева. Коэффициенты полезного действия как парового, так и водогрейного парогенератора выражаются в долях единицы или в процентах.

Для надежной и безопасной работы парогенератора важное значение имеет циркуляция воды в нем – непрерывное движение ее и парожидкостной смеси по некоторому замкнутому контуру. В результате этого обеспечивается интенсивный отвод теплоты от поверхности нагрева и устраняются местные застои пара и газа, что предохраняет перегрева и коррозии и предотвращает аварию парогенератора. Циркуляция в парогенераторах может быть естественной вследствие разности плотностей воды и пароводяной смеси и принудительной (искусственной), создаваемой с помощью насосов.

В современных конструкциях парогенераторов поверхность нагрева выполняется из отдельных пучков труб, подсоединенных к барабанам и коллекторам, которые образуют достаточно сложную систему замкнутых циркуляционных контуров.

Основным рабочим телом при выработке электроэнергии из химической энергии топлива на тепловых электрических станциях (ТЭС) и из ядерной энергии на атомных электрических станциях (АЭС) является водяной пар.

Водяной пар получил широкое распространение как рабочая среда в паросиловых установках, а также в качестве теплоносителя различных теплообменных аппаратов. В промышленных условиях водяной пар вырабатывается в паровых котлах при постоянном давлении (давление колеблется от 0,1 до 0,30МПа).

Водяной пар разделяется на сухой насыщенный, влажный и перегретый. Для уяснения этих понятий рассмотрим процесс образования пара из воды в цилиндре с подвижным поршнем. Допустим, что в цилиндре находится 1кг воды при давлении и температуре 0оС; удельный объем ее в этих условиях равен 0,001м3/кг. Сохраняя это давление постоянным, будем нагревать цилиндр, сообщая теплоту воде. При этом удельный объем воды будет возрастать, а температура повышается до температуры кипения. Начиная с этого момента вода (при постоянном давлении и температуре) будет превращаться в пар: по мере подвода теплоты масса воды будет уменьшаться, а масса пара увеличиваться.

Процесс превращения воды в пар называется парообразованием. В некоторый момент в результате парообразования в цилиндре вся вода (до последней капли) превратится в пар, который принято называть сухим насыщенным. При наличии жидкости в цилиндре образующийся пар называется влажным насыщенным, или просто влажным. Этот пар представляет собой смесь сухого насыщенного пара и взвешенных мельчайших капелек воды при температуре ее кипения. Важной характеристикой такого пара является степень сухости -доля сухого насыщенного пара во влажном паре. Величина выражает степень влажности пара и представляет собой отношение массы влаги в паре к общей массе влажного пара.

При дальнейшем цилиндра сухой насыщенный пар, получая теплоту, превращается в перегретый. Перегретым называется такой пар, у которого температура и удельный объем выше температуры и удельного объема сухого насыщенного пара при том же давлении. Таким образом, получение перегретого пара состоит из трех последовательных процессов; а) подогрев воды до температуры кипения; б) парообразование; в) перегрев сухого насыщенного пара. Эти три процесса наблюдается и в паровом котле: подогрев воды происходит в экономайзере котла, парообразование – в котле, пароперегрев – в специальном змеевиковом теплообменнике-пароперегревателе.

Количества теплоты, затрачиваемой на образование перегретого пара, складывается из теплоты жидкости, теплоты перегрева. Теплота жидкости- количества теплоты, затраченной на нагрев 1кг воды от 0оС до температуры кипения. Количество теплоты, необходимой для перевода 1кг жидкости, нагретой до температуры кипения, в сухой насыщенный пар при постоянном давлении, называется теплотой парообразования. Таким образом, полное теплосодержание (энтальпия) сухого насышенного пара кДж/кг, отсчитанное от температуры 0оС, выражается формулой:

Кроме энтальпии состояние пара характеризует давление, температура, удельный объем и энтропия. Аналитические связи между ними достаточно сложны, поэтому в большинстве случаев при расчетах, связанных с водяным паром, пользуются таблицами и диаграммой .

Классификация парогенераторов.

Получение перегретого пара из воды характеризуется последовательным протеканием следующих процессов: подогрев питательной воды до температуры насыщения, парообразование и, наконец, перегрев полученного насыщенного пара до заданной температуры. Эти процессы осуществляются в трех по назначению видах поверхностей нагрева. Подогрев воды до температуры насыщения происходит в поверхности экономайзера, образование пара – в парообразующей (испарительной ) поверхности нагрева, перегрев пара- в пароперегревателе. Все эти поверхности нагрева выполнены из труб, обогреваемых снаружи высокотемпературными продуктами сгорания топлива.

В целях непрерывного отвода теплоты и обеспечения нормального температурного режима металла поверхностей нагрева рабочая среда внутри труб- вода в экономайзере, пароводяная смесь в испарительных трубах и перегретый пар в пароперегревателе – движется непрерывно. При этом вода в экономайзере и пар в пароперегревателе однократно проходят относительно поверхности нагрева. При движении воды и пара возникают гидравлические сопротивления, преодолеваемые за счет напора, создаваемого питательным насосом. Давление, развиваемое питательным насосом, должно превышать давление на входе перегретого пара в турбину на значение гидравлического сопротивления всего тракта рабочей среды в котле. Рабочие характеристики и конструкции экономайзера и пароперегревателя принципиально одинаковы для всех систем паровых котлов.

Движение воды и пара и преодоление гидравлического сопротивления в парообразующих трубах котлов различных типов организованы по-разному. Различают паровые котлы с естественной циркуляцией, с принудительной циркуляцией и прямоточные.

Твердое топливо. Твердое топливо имеет растительное происхождение, однако в его состав входят также вещества животного происхождения. Процессы превращения исходного органического вещества в ископаемое топливо протекали в течение многих тысячелетий в различных условиях (температура, давление, среда) и с разной интенсивностью в направлении постепенного увеличения доли углерода (как менее химически активного). Этот процесс характеризует химический возраст топлива, определяемый степенью его углефикации.

Кроме химического выделяют геологический возраст ископаемого топлива, т.е. календарное время процесса топливо образования. Химический возраст топлива не всегда соответствует его геологическому возрасту. Известны топлива с очень большим геологическим возрастом, но прошедшие в малой степени процесс углефикации, так как в исходной залежи топлива не было нужных условий по температуре, химическому составу среды и т.п. Для технического использования топлива имеет значение степень углефикации, поскольку с ее увеличением повышается теплота сгорания топлива, под которой понимают полное тепловыделение при сжигании 1 кг массы топлива.

В зависимости от глубины залегания ископаемого топлива различают открытый (карьерный) и шахтный способы добычи. Открытый способ значительно экономичнее шахтного, однако он применим при залежах, выходящих на поверхность земли или близко к ней расположенных. При глубоком залегании топлива применяется шахтная разработка.

Классификация углей

В соответствии с существующим ГОСТ ископаемые угли делятся на три основных типа: бурые, каменные и антрацит. Переходным типом между каменными углями и антрацитом является полуантрацит.

К бурым углям (марка Б) относят угли с высшей теплотой сгорания рабочей массы беззольного угля

ккал/кг

По этому же признаку выделяют бурые угли и в международной классификации ископаемых углей.

Бурые угли по содержанию в них рабочей влаги разделяют на три группы: Б1- содержащие рабочую влагу более 40,0%; Б2- от 30,0 до 40,0 %; Б3-до 30,0%. Бурые угли по сравнению с каменными характеризуются высоким выходом летучих (), неспекшимся коксовым остатком, высокой гигроскопической и в большинстве случаев высокой общей влажностью, пониженным содержанием углерода и повышенным- кислорода. Они легко теряют на воздухе влагу и механическую прочность, превращаясь при этом в мелочь и обладают повышенной склонностью к самовозгоранию.

К каменным относят угли с высшей теплотой сгорания рабочей массы беззольного угля

ккал/кг

и. в отличие от антрацитов и полуантрацитов, с высоким выходом летучих веществ

()

Основная масса их в разной степени спекается и только часть углей, с выходом летучих свыше 42-45% (длиннопламенные) и менее 17% (тощие) не спекается.

Каменные угли делятся на марки в основном по выходу летучих веществ и толщине пластического слоя . Нижний предел величины , выраженный в миллиметрах, ставится в качестве индекса к обозначению марки угля. Например: – газовый, минимальная толщина пластического слоя и т.д.

Угли, у которых толщина пластического слоя не может быть замерена, относятся при высоком выходе летучих веществ (обычно 37 % и более) к длиннопламенным Д, при низком выходе летучих веществ (обычно 17% и менее)- к тощим углям Т.

Кузнецкие угли, добываемые в шахтах, при промежуточном выходе летучих веществ (от 17 до 37%) и отсутствии пластического слоя относят к марке СС, при

их обозначают 1СС при от 17 до 25%- 2СС.

К полуантрацитам (марка ПА) и антрацитам (марка А) относят угли, имеющие выход летучих веществ в условной горючей массе менее 9%. Полуантрациты от антрацитов отличаются объемным выходом летучих веществ в условной горючей массе : полуантрациты- от 220 до 330, антрациты- менее 220 см3/г. Полуантрациты обладают более высокой теплотой сгорания (ккал/кг), тогда как средняя теплота сгорания антрацитов ккал/кг.

При рассортировке по крупности (грохочении) ископаемые угли и горючие сланцы разделяются на классы, приведенные в табл.3.

Таблица 3

Класс угля

Обозначение

Размер кусков, мм

Плита

Крупный

Орех

Мелкий

Семечко

Штыб

Рядовой

П

К

О

М

С

Ш

Р

Более 100

50-100

25-50

13-25

6-13

Менее 6

До 300

К условному обозначению марки угля приписывают условное обозначение класса, например бурый, крупный- БК, газовый, орех- ГО, антрацит, семечко- АС.

Смесь углей различных по крупности классов обозначают следующим способом: БОМ- бурый, орех с мелочью, БМСШ- бурый, мелкий, с семечком и штыбом, АСШ- антрацит, семечко со штыбом и пр.

При грохочении углей и горючих сланцев, кроме указанных выше классов, получаются также отсевы, размер кусков которых меньше определяемого.

Мелочью для грохоченных углей считаются куски размером менее нижнего предела, установленного для каждого класса, а для углей классов 0-25 и 0-50 мм и рядовых – менее 6мм.

Часть углей, преимущественно спекающихся, используемых для коксования, подвергается обогащению- сухому или мокрому- с выделением малозольного концентрата (главным образом, для коксования), высокозольного () промпродукта (для энергетических целей) и очень высокозольных () хвостов, удаляемых в отвалы.

При мокром обогащении углей выделяется как самостоятельный продукт шлам (класс 0-3мм), который после подсушки используется для сжигания.

Вне приведенной выше схемы классификации ископаемых углей остаются геологический окисленные каменные и бурые угли. Примером первых являются угли, добываемые в разрезах Кузнецкого бассейна, вторых- сажистые угли Подмосковного бассейна. Окисленными являются также угли практически всех ныне разрабатываемых месторождений Средней Азии и особенно Ангрена, Кызыл-Кия, Сулюкты, Шураба (маркируемые как бурые).

Окисленные каменные угли характеризуется полной или частичной потерей спекаемости, тогда как при выходе летучих неокисленные каменные угли обладают этим свойством. У всех окисленных углей пониженные (иногда на 1 000-2000ккал/кг) теплота сгорания и содержание водорода (при сильной окисленности). За редким исключением они обладают малой механической прочностью и повышенной склонностью к окислению и самовозгоранию.

2 Исследование теплотехнических характеристик бурого угля и условий его сжигания

2.1 Определение теоретических и действительных объемов продуктов сгорания

Коэффициент избытка воздуха в топке (по табл. 1-2).

Относительная величина присосов по газоходам (принимается):

ІІІ ступень пароперегревателя

I ступень пароперегревателя

II (по воде) ступень экономайзера

VIII (по воде) ступень воздухоподогревателя

I ступень экономайзера

I ступень воздухоподогревателя

Коэффициенты избытка воздуха по газоходам:

за III ступенью пароперегревателя:

за I ступенью пароперегревателя

за II ступенью экономайзера

за II ступенью воздухоподогревателя

за I ступенью экономайзера

за I ступенью воздухоподогревателя

В соответствии с «Правилами технической эксплуатации» общая сумма присосов не превышает 0,1.

Теоретический объем воздуха

3/кг (?)

м3/кг

Теоретический объем азота в продуктах сгорания

м3/кг (?)

м3/кг

Объем трехатомных газов

м3/кг (?)

м3/кг

Теоретический объем водяных паров в продуктах сгорания

3/кг (?)

м3/кг

Объемы газов при определяются по формуле (1-8) и результаты расчетов сводятся в табл.

2.2 Определение теоретических и действительных энтальпий продуктов сгорания

Подсчет энтальпии газов производится в соответствии с указанием

Результаты расчетов сводятся в табл.

Значения энтальпии воздуха и составляющих дымовых газов берутся табл.

Таблица Тепловой баланс парогенератора

Наименование величин

Обозначения

Размерность

Формулы

Расчет

1

температура уходящих газов

оС

задана (подразд. 1.1)

143

2

энтальпия уходящих газов

кДж/кг

по табл.???

912

3

энтальпия холодного воздуха

кДж/кг

По табл.?? при оС

262

4

тепло, внесенное в агрегат холодным воздухом

кДж/кг

1,3262=341

5

потеря тепла от механического недожога

%

По таблице 3

0,5

6

потеря тепла с уходящими газами

%

5,45

7

потеря тепла от химического недожога

%

по таблице 3

0

8

потеря тепла на охлаждение

%

по графику рис.2 [?]

0,38

9

коэффициент сохранения тепла

%

0,9962

10

потеря с физическим теплом шлаков

%

Не учитывается т.к.

2.3 Определение конструктивных характеристик топки

По чертежу парогенератора БКЗ-420-140-7 составляется эскиз топочной камеры (рисунок ), с помощью которого определяется конструктивные размеры топки.

Рисунок. Эскиз топочной камеры парогенератора БКЗ-420-140-7

Площадь боковой стены:

м2 .

м2

Активный объем топочной камеры

, м3.

м3

Площадь фронтовой стены топки:

м2

Площадь задней стены:

м2.

Площадь потолка:

м2.

Площадь выходного окна топочной камеры:

Площадь незаэкранированных участков, занятых горелками:

Поверхность стен топки закрытая экранами:

, м2 (?)

Стены топки покрыты трубами диаметром 60/5 с шагом 64мм. На потолке расположен радиационный пароперегреватель, выполненный из труб диаметром 32/4мм с шагом 34мм.

Лучевоспринимающая поверхность экранов:

, м2.

Лучевоспринимающая поверхность потолочного радиационного пароперегревателя:

, м2

Лучевоспринимающая поверхность в выходном окне топки принимается равной площади окна:

, м2

Полная лучевоспринимающая поверхность топки:

м2.

Суммарная поверхность стен топки:

м2.

Степень экранирования топки:

теплотехнический парогенератор топка

Определение температуры газов на выходе из топочной камеры

Наименование величин

Обозначение

Размерность

Формулы

Расчет

1

температура горячего воздуха

оС

задана

2

энтальпия горячего воздуха

кДж/кг

по таблице

3

присос в топке в системе пылеприготовления

по таблице

4

тепло, вносимое в топку с воздухом

кДж/кг

5

полезное тепловыделение топочной камеры

6

теоретическая температура горения

оС

по -таблице

7

площадь стен топочной камеры

м2

по чертежу (рисунок)

8

объем топки

м3

чо чертежу(рисунок)

9

толщина излучающего слоя

м3

10

доля топочного объема, заполненная светящейся частью пламени

по таблице 9 [?]

11

степень черноты светящейся части пламени

12

степень черноты факела

13

коэффициент загрязнения экранных поверхностей

по таблице 10 [?]

14

коэффициент тепловой эффективности

15

степень черноты топки

16

температура газов на выходе из топки

принимается

17

энтальпия газов на выходе топки

по диаграмме

18

средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания

19

уровень горелок

20

высота топки

21

местоположение максимума действительной температуры газов

22

расчетный коэффициент

23

температура газов на выходе из топки

24

энтальпия газов на выходе из топки

25

тепло, переданное излучением в топке

26

тепловое напряжение топочного объема

27

среднее тепловое напряжение поверхности нагрева в топке

Список использованной литературы

1 Курмангалиев М.Р., Фисак В.И. Сжигание энергетических углей Казахстана и защита атмосферы. – Алма-Аты. Наука Казахской ССР, 1989. – 223с.

2 Резников М.И., Липов Ю.М. Котельные установки электростанций. – М.: Энергия, 1974. – 283с.

3 Хзмалян Д.М. Теория топочных процессов. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 351c.

20 Корабейникова В.К. Моделирование тепловой эффективности при сжигании угольной пыли Вестник КарГУ: Серия Физика. – Караганда: Изд-во КарГУ, 2001. – №1(21). Вып 2. – С.107 – 115.

Приложение А

Степень выгорания топлива по высоте камерных топок по данному виду топлива

Таблица ?

Степень выгорания топлива по высоте камерных топок

Топливо

Относительная высота камерных топок

0,15

0,20

0,30

0,40

0,50

1,00

антрацитовый штыб и полуантрациты

0,72-0,86

0,86-0,90

0,92-0,95

0,93-0,96

0,94-0,97

0,96-0,97

каменные угли

0,90-0,94

0,92-0,96

0,95-0,97

0,96-0,98

0,98-0,99

0,98-0,995

бурые угли

0,91-0,95

0,93-0,97

0,96-0,98

0,97-0,98

0,98-0,99

0,99-0,995

газ и мазут при бт?1,02

0,94-0,96

0,96-0,98

0,97-0,99

0,995

Поделиться статьёй
Поделиться в telegram
Поделиться в whatsapp
Поделиться в vk
Поделиться в facebook
Поделиться в twitter
Михаил Потапов
Михаил Потапов
Я окончил горный университет, факультет переработки минерального сырья. О специальности работаю 12 лет, сам преподаю в университете. За это время написал 8 научных статей. В свободное время подрабатываю репетитором и являюсь автором в компании «Диплом777» уже более 7 лет. Нравятся условия сотрудничества и огромное количество заказов.

Ещё статьи

Нет времени делать работу? Закажите!
Вид работы
Тема
Email

Отправляя форму, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и обработкой ваших персональных данных.