Котельные установки и парогенераторы (стр. 2 из 6)
 |
| Рис. 1.2. Принципиальная схема парового котла: 1 – газомазутная горелка; 2 – подъемные (экранные) трубы; 3 – опускные трубы; 4 – барабан; 5 – пароперегреватель; 6 – поверхностный пароохладитель; 7 – водяной экономайзер; 8 – трубчатый воздухоподогреватель; 9 – линия рециркуляции воды; 10 – коллектор заднего экрана; 11 – коллектор бокового экрана; 12 – коллектор фронтового экрана; 13 – фестон; п.в – питательная вода; н.п – насыщенный пар; п.п – перегретый пар; х.в – холодный воздух; г.в – горячий воздух; т – топливо; у.г – уходящие газы |
С целью не допустить уноса паром капелек воды, что значительно ухудшает качество пара, в верхнем барабане 4 парового котла устанавливают сепарационные устройства (погружной дырчатый щит, внутрибарабанные или выносные циклоны).
Для уменьшения содержания веществ, загрязняющих котловую воду, производится продувка, т.е. удаление части котловой воды и замена ее питательной водой. Различают продувку непрерывную и периодическую. Непрерывная продувка осуществляется из верхнего барабана 4 и производится без перерывов в течение всего времени работы котла. С непрерывной продувкой из парогенератора удаляются растворенные в котловой воде соли. Периодическая продувка применяется для удаления шлама, осевшего в элементах парового котла, и производится из нижних барабанов и коллекторов 10–12 парогенератора через каждые 12–16 часов.
Эффективным методом снижения потерь котловой воды с продувкой (и, соответственно, уменьшения потерь тепла с ней) является ступенчатое испарение. Сущность ступенчатого испарения состоит в том, что испарительная система парового котла разделяется на ряд отсеков, соединенных по пару и разделенных по воде. Питательная вода подается только в первый отсек. Для второго отсека питательной водой служит продувочная вода из первого отсека. Продувочная вода из второго отсека поступает в третий отсек и т. д. Продувку парогенератора осуществляют из последнего отсека. Так как концентрация солей в воде этого отсека значительно выше, чем в воде при одноступенчатом испарении, для вывода солей из котла требуется меньший процент продувки.
Для обеспечения в процессе растопки котла поступления воды, испаряющейся в барабане, в экономайзер 7, что не допускает перегрева его труб, в паровых котлах обычно предусматривается линия рециркуляции 9.
1.4. Составление и расчёт тепловой схемы котла.
При составлении и расчете тепловой схемы парового котла выявляются два аспекта: теплотехнический, связанный с распределени-ем тепловосприятий нагреваемой среды по отдельным поверхностям на-грева при соответствующем изменении энтальпии газов, и конструктив-ный, учитывающий взаимное расположение поверхностей нагрева. На рис. 1.3 приведена тепловая диаграмма и тепловая схема барабанного котла высокого давления.
При составлении и расчете тепловой схемы парового котла необхо-димо иметь выходные параметры: паропроизводительность D, кг/с; давление р, МПа; температура перегретого пара tппоС, а при наличии вто-ричного перегрева пара еще давление рвп и температура tвп,. Одновре-менно с установлением выходных параметров рабочей среды следует определить вид сжигаемого в котле топлива, ибо его технические харак-теристики необходимы для выбора некоторых температур тепловой схемы.
Оптимальная экономичность и надежность работы агрегата дости-гается за счет рационального выбора и поддержания при эксплуатации в определенных пределах температур соответствующих сред в ряде то-чек газового, водопарового и воздушного трактов. Для формирования тепловой схемы должны быть выбраны температуры уходящих газов θух, питательной воды tпв, горячего воздуха tгв газов на выходе из топки θ”т. Выбор указанных температур с учетом рекомендаций по температурному режиму металла отдельных поверхностей нагрева (вторичный пароперегреватель, выходные пакеты первичного паропере-гревателя, поверхности нагрева при СКД в зоне максимальной теплоем-кости), устойчивости протекания гидродинамических процессов создает систему граничных условий или опорных точек, в которую вписываются отдельные поверхности нагрева, что предопределяет распределение при-ращения энтальпий рабочей среды между поверхностями нагрева и рациональное их размещение вдоль потока продуктов сгорания. При этом необходимо стремиться обеспечить высокие температурные напоры и противоток рабочего тела и продуктов сгорания, что не всегда воз-можно.
Прежде всего на основании технико-экономических расчетов с уче-том стоимости сжигаемого топлива и поверхностей нагрева принимается оптимальная температура уходящих газов. В соответствии с нормами теплового расчета котлов для дешевых топлив с повышенной влажностью
Рис. 1.3. Тепловая диаграмма и тепловая схема барабанного котла высокого давления.Wп = (2…3%)*103 кг/кДж, например, Канско-Ачинского место-рождения с открытым способом добычи угля, для котлов высокого дав-ления θух = 150…170 оС. Здесь в значительной степени лимитирует точ-ка росы газов, когда на трубах воздухоподогревателя осаждается вла-га, способствующая коррозии металла, особенно для сернистых топлив. Для топлив с влажностью до Wп = 0,5%*103 кг/кДж температура уходящих газов принимается более низкой 120…140 оС. Чем более дорогое топливо, тем ниже должна быть принята температура θух, но обычно не ниже 110 оС во избежание слишком громоздких хвостовых поверхностей нагрева котла.
Температура питательной воды tпв поступающей в экономайзер, устанавливается на основании технико-экономического расчета тепло-вой схемы турбинной установки. Чем выше параметры пара перед тур-биной, тем выше оказывается tпв. Так, для котлов высокого давления tпв = 230…240 оС, а для котлов на СКД tпв = 260…275 оС.
Температура горячего воздуха увязана с температурой питательной воды. Ориентировочно температуру горячего воздуха (за первой сту-пенью) можно оценить по выражению
где Δt = 40…80 оС, при этом меньшая цифра относится к сухим топливам.
Выбор температуры горячего воздуха производят по условиям сушки или сжигания топлива. При сжигании каменных и бурых углей tгв = 300…400 оС (более высокая температура при Жидком шлакоудалении). При сушке бурых углей газами в замкнутой схеме пылеприготовления при твердом шлакоудалении рекомендуется принимать tгв = 300…350 оС, а при разомкнутой схеме пылеприготовления независимо от вида топлива tгв ≤ 350 оС. При замкнутой схеме пылеприготовления и воздушной сушке бурых углей температура горячего воздуха принимается 350…400 оС. При сжигании мазута и газа tгв = 250…300 оС.
При одноступенчатом подогреве воздуха конструкция воздухоподогревателя более компактна. Пределом его применения служит сближение температуры воздуха и газов, когда Δtвпвых сильно уменьшается почти до нуля. Для обеспечения компактности воздухоподогревателя разница температур на выходе Δtвпвых = θвп’ – tвп’’ принимается не менее 30 оС. В этом случае наибольшая температура подогрева воздуха в одноступенчатом подогревателе будет около 270 оС (при θух ≈ 130 оС). Температура холодного воздуха tхв обычно принимается равной 30 оС.
Температура газов на выходе из топочной камеры θ”т, перед ширмами зависит от сжигаемого топлива. Для нешлакующих топлив (газ, мазут) выбирается около 1250 оС исходя из оптимального соотношения долей радиационного и конвективного теплообмена в поверхностях нагрева котла. Температура газов на выходе из топки принимается ниже температуры начала деформации золы t1: для шлакующих (большинства твердых топлив) не выше 1200 оС, а для сильношлакующих бурых углей не выше 1100 оС.
Распределение теплоты на подогрев воды, испарение и перегрев пара зависит от параметров перегретого пара — давления и температуры. Для распределения теплоты газов по отдельным поверхностям нагрева рассчитывается тепловая схема котла.
Расчет тепловой схемы котла начинается с воздухоподогре-вателя. По балансу теплоты
определяется энтальпия газов на входе в поверхность нагрева I’вп.
Qгвп — теплота, переданная газами; Qввп — тепло-та, воспринятая воздухом (обе величины в расчете на 1 кг топлива); φ — коэффициент сохранения теплоты; по θ”т, определяется энтальпия газов на выходе из топки I’’т. Затем рассчитывается лучистое тепловосприятие топки
где Qт = Qрр * (100 — q3 — q4 — q6)/(100 — q4) + Qв — Qв.вн + r * Iотб.
Qл учитывает все количество теплоты, воспринятое поверхностями топочной камеры, включая и лучистое тепловосприятие ширм и потолоч-ного пароперегревателя, а также настенного, если последний имеется.