Розробка топково-пальникового пристрою котла
3. Тепловий баланс котла
Складання теплового балансу полягає у
встановленні рівноваги між кількістю
теплоти, що надійшла в котел і сумою корисно використаної теплоти і теплових
втрат. На підставі теплового балансу обчислюються ККД і необхідна витрата
палива.
Тепловий баланс складається стосовно
сталого теплового режиму котла на 1 кг твердого палива при 0 оС і 101,3 кПа.
Загальне рівняння теплового балансу
має вигляд, кДж/м3:
(3.1)
3.1 Наявна теплота в загальному випадку визначається за формулою, кДж/кг:
[I, глава 5, с. 20-22]. (3.2)
Нижча теплота згоряння для палива АШ береться із [I,
табл.1 с.153],
кДж/кг:
=22584.
Тепло, шо вноситься у котел з
повітрям, при підігріві
його поза котлом парою, відпрацьованим теплом и т.п. , кДж/кг:
Зовнішній
підігрів повітря не приймається, отже:
=0.
Фізичне тепло палива враховується у тих випадках, коли воно попередньо підігрівається стороннім джерелом тепла (паровий підігрів мазуту,
парові сушарки і т.і.), а також при сушці по розімкнутому циклу. При замкнутій схемі пилоприготування тепло й підсушка палива у млиновій системі не враховується [1. с.20], тобто:
=0.
Тепло, що
вноситься у котел паровим дуттям (форсуночною парою) QФ., у даному проекті не передбачається, тоді:
QФ=0.
Тепло, витрачене на розкладання карбонатів при спалюванні сланців QК. Розрахунок топки ведеться для роботи на твердому паливі АШ, тому:
QК=0.
Отже, наявна
теплота палива, кДж/кг:
==22584.
3.2 Втрати теплоти у котлі
Втрати теплоти у котлі визначаються як:
; (3.3)
Втрата теплоти з відхідними газами визначається як різниця ентальпій продуктів згоряння на виході з котла
і холодного повітря, %:
, (3.4)
де –
ентальпія відхідних газів, при надлишку повітря і
температурі відхідних газів , кДж/кг (кДж/м3),
[1, табл. 2.2);
–
ентальпія холодного повітря, кДж/кг (кДж/м3), (визначається по таблиці 2.2);
-
ентальпія повітря, яке присмоктується
в газоходи котла, кДж/кг;
Втрати тепла від
механічної неповноти згоряння палива q4, % [1.табл.XVIII
с.200]:
q4=3.
Втрати тепла від хімічної неповноти згоряння палива q3, % [1,табл.XVII, с.200]:
q3=0.
Втрати тепла у навколишнє
середовище q5, % [1, табл. XVII - XIX]:
q5=0,5.
Отже втрата теплоти з вихідними газами, %:
q2=.
Втрати теплоти від зовнішнього охолодження котла по окремих
газоходах для спрощення приймаються пропорційними кількості теплоти, що
віддається газами у відповідних газоходах. Тому при визначенні кількості теплоти,
відданої газами, втрати від зовнішнього охолоджування враховуються введенням
коефіцієнта збереження теплоти:
; (3.5)
.
де – ККД котла, визначається по (3.8).
Втрати з теплом шлаку q6 вводяться у розрахунок для всіх твердих палив при камерному спалюванні з рідким шлаковидаленням, %:
(3.6)
де – доля золи
у шлаку;
()-ентальпія золи, кДж/кг.
Доля золи у
виносі і ентальпія золи визначається по[1.табл. ХVII-XIX, ХХI і табл. ХIII].
=1-0,85=0,15.
Отже, втрата з теплом шлаку, %:
q6=.
Сумарна втрата теплоти в котлі, %:
; (3.7)
.
Коефіцієнт корисної дії (ККД) котла, %:
; (3.8)
.
3.3 Теплота, що корисно використана в котлі
Тепло, що корисно викорастане к котлі, кДж/кг:
(3.9)
де = 0 – кількість
тепла, віддане окрім перегрівача;
=0 – тепло, отримане вторинним перегрівачем;
=0 – тепло
сприйняте водою або повітрям, підігрітими у котельному агрегаті і віддаваємих на
сторону, ккал/ч.
У результаті одержимо, кДж/кг:
, (3.10)
де - витрата виробленої
перегрітої пари, кг/с;
-
кількість пари що витрачається на продувку, кг/с;
-
ентальпія живильної води, кДж/кг;
-
ентальпія перегрітої пари, кДж/кг;
-
ентальпія води на лінії насичення, кДж/кг;
Приймемо для даного котла рівне 2%.
= 0,02·640 =12,8 т/г.
Для котлів з природною циркуляцією
тиск має бути таким, щоб подолати гідравлічний опір водяного економайзера і
пароперегрівника і забезпечити заданий тиск пари за котлом, МПа:
, (3.11)
де и – гідравлічний опір перегрівника і
економайзера. Гідравлічний опір пароперегрівника не повинен перевищувати ~ 10% робочого тиску пари [1, c.74],
МПа:
; (3.12)
Тиск в барабані, МПа:
; (3.13)
.
Гідравлічний
опір економайзера, МПа:
; (3.14)
.
Тиск живильної води, МПа:
; (3.15)
.
Ентальпія перегрітої пари 3512,2 кДж/кг , визначається по таблицях термодинамічних
властивостей води і водяної пари по тиску 15,2 МПа. Ентальпія живильної води 1039,1 кДж/кг, визначається по таблицях термодинамічних
властивостей води і водяної пари по тиску 16,85 МПа і температурі 235оС. Ентальпія води на лінії
насичення 1680,2 кДж/кг, визначається по таблицях
термодинамічних властивостей води і водяної пари по тиску 16,7 МПа.
Повна кількість теплоти, що корисно використана в котлі, кДж/кг:
177,8(3512,2-1039,1)+3,5(1680,2-1039,1)=441943,3.
3.4 Витрата палива, що подається у топку
Визначається за формулою, кг/с:
; (3.16)
.
Для підрахунку сумарних об'ємів
продуктів згоряння, повітря і теплоти, відданої газами в поверхнях нагріву,
вводиться розрахункова витрата палива, яка визначається за формулою, кг/с:
; (3.17)
.
Розрахунок системи пилоприготування, пальників
та паливоподачі ведеться по
повній витраті В, а тяги і дуття по розрахунковій витраті .
4. Розрахунок теплообміну в топковій камері
4.1
Геометричні характеристики топки
При
розрахунку теплообміну в топковій камері необхідно визначити об'єм топки. Межами об'єму є осьова плоскість екранних труб . У вихідному
перетині камери об'єм обмежується горизонтальною плоскістю, що проходить через нижню межу ширм. Ширми включаються в об’єм топки тому що крок ширм S1=720мм, S1>700мм. Нижньою межею об'єму топки служить под.
Повна поверхня стін топки Fст, м2, обчислюється як сума
плоскості, що обмежує об'єм топкової камери.
Fст = SFпл . (4.1)
Площа стіни, зайнята екраном Fпл визначається по відстані між осями
крайніх труб даного екрану і освітленій довжині екранних труб.
Площа поверхні фронтальної стіни обчислюється за формулою, :
FФР =F3+F4+F5; (4.2)
F3=4,2·4,05=17;
F4=8,128·20,388=165,71;
F5=1,306·8,128=10,61;
FФР=17+165,71+10,61=193,32.
Площа поверхні задньої стіни , :
FЗ= FФР=193,32
Площа поверхонь бічних стін обчислюється за формулою, м2:
Fб= F1 +2F2; (4.3)
F1=18,56·20,388=378,4;
F2= =15,1;
Fб=378,4+2·15,1=408,6.
Поверхня двосвітного екрану, м2 :
F2х.св. =(h1+h2+h3)·a; (4.4)
F2х.св. =(20,388+1,306+4,05)·8,128=209,24.
Площа поду, м2:
Fпод= 2·l1·a; (4.5)
Fпод=2·4,571·8,128=74,3.
Площа потолка, м2:
Fпот =l3·b; (4.6)
Fпот=4,2·18,56=77,95.
Площа вихідного вікна FВО, м2:
FВО.=(l4·b)·2; (4.7)
FВО.=(8,1·18,56)·2=300,67.
Площа стін топки, м2:
Fст = Fфр + Fз + 2Fб + 2F2х.св +Fпот+Fпод + FВО ; (4.8)
Fст =193,32 +193,32 + 817,2+2·209,24+74,3+77,95 + 300,67= 2075,24.
Рисунок 4.1 - Ескіз бокової поверхні
топкової камери
Ефективна товщина випромінюючого шару топки, м:
, (4.9)
де и - об'єм і
поверхня стін топки, м3, м2.
.
Відносна
висота розташування пальників при їх розташуванні у
декілька рядів [1, п.6В, с.26-27]:
(4.10)
Кількість пальників у залежності від їх типу та розташуванні у топці котлів різної потужності рекомендовано вибирати по [1.табл.II-3а. c.67]. Так як паливо АШ, паропродуктивність 640т/г, рекомендуєтся прийняти 8-16 вихрових пальників
при зустрічному їх розташуванні.
n·1,
n2 – кількість пальників у першому і другому рядах;
В1, В2 – витрата палива відповідно через кожний пальник першого і другого рядів, кг/г.
Приймаємо 16 пальників при 2-х ярусному розташуванні.
Тоді:
.
Відносна висота розташування пальників
(4.11)
4.2
Розрахункові характеристики топки
Ефективність
організації топкового процесу визначається розрахунковими характеристиками .
Теплова
напруга топкового об'єму qv, кВт/м3
характеризує умови спалювання палива. Величина qv обернено пропорційна часу перебування
часток палива в топковому об'ємі за умови рівномірного заповнення об'єму продуктами
згоряння (топковими газами), кВт/м3:
, (4.12)
де В – витрата палива, кг/г;
Vт – об'єм топки, м3;
- теплота згоряння палива нижча, кДж/кг.
Максимальна допустима величина теплової напруги топкового об'єму становить [qv ]= 125 кВт/м3,
визначається по [1, табл.XVIII, с.200].
Теплова
напруга поперечного перетину топки , МВт/м2. Величина qf прямо пропорційна середній швидкості руху топкових
газів в топці за умови рівномірності заповнення перетину.
, (4.13)
де Fт – площа поперечного перетину топки,
яка дорівнює площі фронтальної поверхні, яка була визначена раніше в
геометричних характеристиках топки,м2.
.
Максимальна допустима величина теплової напруги поперечного перетину
топки становить [qf ]= 2,5 МВт/м2, визначається по [1, табл.II-1].
4.3 Радіаційні властивості продуктів згоряння
Основною
радіаційною характеристикою продуктів згоряння служить критерій поглинальної
здатності (критерій Бугера):
Вu = k∙p∙s, (4.14)
де k – коефіцієнт поглинання топкової среди, розраховується по
температурі і складу газів на виході з топки. При його визначенні враховується
випромінювання трьохатомних газів (RO2, H2O) і зважених в їх потоці часток сажі.
p – тиск в топковій камері, МПа;
s – ефективна товщина випромінюючого слою;
Коефіцієнт
поглинання променів трьохатомними газами (RO2,
H2O), 1/(м×МПа)
, (4.15)
де rn – об'ємна сумарна частка трьохатомних газів (
табл. 2.1), ;
- заздалегідь прийнята температура газів на
виході з топки, К;
=1323.
Коефіцієнт
поглинання променів частками сажі, 1/(м×МПа):
, (4.16)
де - співвідношення вуглецю і водню в робочій
масі палива.
.
.
Коефіцієнт поглинання топкового середовища при спалюванні твердого
палива, 1/(м×МПа):
. (4.17)
Коефіцієнт послаблення променів золовими частками,
1/(м·МПа):
(4.18)
де – щільність димових газів, приймається рівною 1,3
кг/м3;
– безрозмірна
концентрація золи у димових газах (визначається по 1. формула 4-11, с.16.);
- визначається по
номограмі 4 [I, с. 243.];
-середній (по питомій
поверхні) діаметр золових часток, ; його значення наведені
в [1.таблица 6-1,с.25.]
=0,146.
.
Критерій Бугера:
Bu=0,946×0,1×6,57=0,6215.
4.4. Розрахунок теплообміну в топці
Розрахунок теплообміну в топці котла заснований на застосуванні теорії
подібності до процесу теплообміну між топкового середовища і поверхнями нагріву
котла, які утворюють активний топковий об'єм пристрою.
Як визначальний критерій теплообміну
використовують безрозмірну температуру на виході з топки , К, яка характеризує зниження температури
топкових газів на виході з активного топкового об'єму, ,
К, порівняно з теоретичною температурою продуктів згоряння палива , К.
Величина визначається
за формулою:
, (4.19)
де М – безрозмірний параметр
розподілу температур по довжині (уздовж осі пальників) топки, який залежить від виду спалюваного палива, способу його
спалювання, типа пальникових пристроїв і розміщення їх в топковій
камері.
При камерному спалюванні низькореакційних палив
(АШ):
М = 0,56-0,5·xп, (4.20)
де хп – відносний рівень розташування
пальників в топці.
М = 0,56-0,5·0,25=0,435.
Во – безрозмірний критерій Больцмана,
що характеризує зв'язок між кількістю теплоти, переданою середою з оптичними
властивостями абсолютно чорного тіла і геометричними розмірами топкової камери:
, (4.21)
де –
розрахункова витрата палива, м3/с.
Середня сумарна теплоємність топкових
газів (продуктів згоряння), кДж/м3 визначаються по формулі:
, (4.22)
де - корисне
тепловиділення в топці, кДж/кг;
- ентальпія продуктів згоряння 1 кг палива на виході з топки при температурі і надлишку повітря aт ;
- температура на виході з топки;
-
теоретична (адіабатна) температура горіння, оС, визначається по корисному
тепловиділенню в топці, =.
, (4.23)
де , -
відповідно
робоча теплота палива, кДж/кг і втрати теплоти з механічним та хімічним недопалюванням, з теплом шлаку, % (визначені при розрахунку
теплового балансу котла);
- теплота внесена до топки повітрям, кДж/кг:
(4.24)
Величина присосів у топці =0,05 і
у пилоприготувальній системі
= 0,1 вихзначаються по [I, табл. ХVI, с. 198].
Так як температура гарячого повітря =4000С,
визначаємо ентальпію =3276,6 кДж/кг [I.
табл. ХIV, с. 180], 300С, 255,6
кДж/кг.
=(1,2-0,05-0,1)·3276,6+(0,05+0,1)·255,6=3478,7;
;
;
sо – коефіцієнт випромінювання
абсолютно чорного тіла; sо = 5,67×10-11 кВт/(м2×К4);
yср – середній коефіцієнт теплової
ефективності екранів топки,
характеризує частку теплоти, яку вони сприймають, визначається за формулою:
, (4.25)
де - площа
поверхні, що сприймає теплоту, м2;
Fст – повна поверхня стін топкової камери, обчислена по
розмірах поверхонь, які захищають активний топковий об'єм, м2;
- кутовий коефіцієнт ділянки стіни топки, визначається по [1, номограма1, стр. 240] залежно
від поверхні.
На неекранованих ділянках (у зонах розміщення амбразур
горілок, лазів, лючків та ін.) x=0. Для ошинованих
частин екранів, а також вихідного
вікна кутовий коефіцієнт x приймається рівним 1. x=0,99.
Коефіцієнт забруднення i-тої ділянки огорож топкового об'єму залежить від типа
поверхні огорожі і виду палива. При спалюванні АШ z= 0,45 по [I, табл. 6-2, с. 29]. Нижня частина екранів ошинована і вкрита
хромитовою масою, для цієї частини екрану z= 0,2.
.
Критерій Больцмана буде рівний:
.
Температуру газів на виході з топки
можна визначити за формулою, оС:
; (4.26)
.
Температура газів на виході з топки відрізняється від прийнятої менш, ніж на 1000С. Для даного палива
температура прийнятна, тобто зола на
виході з топки знаходиться в твердому стані і нема небезпеки шлакування труб.
Розрахунок топки можна вважати закінченим.
5. Вибір пальникового пристрою
При спалюванні вуглей марки АШ для інтенсифікації запалення доцільно пил у топку транспортувати гарячим повітрям,
а сушильный агент із млинової системи подавати через скидальні пальники [1. с.67].
Для камерного спалювання твердого палива
найбільше поширення отримали вихрові круглі пальники [1,4]. При рідкому шлаковидаленні і продуктивності 640т/г рекомендується застосовувати 16 вихрових пальників при зустрічному їх розташуванні. Приймемо розташування пальників на бокових стінах топки [1.табл. II-3б, с.67-68] у два
яруси.
Режимні характеристики пальників (для первинного повітря, швидкості первинного, вторинного або загального повітря на виході з амбразури) у залежності від типу і теплової потужності, а також від марки палива,
що спалюється, наведені у [1.табл. II-5,
табл. II-5, табл. II-6в, п.14 с.69-70,5].
5.1 Теплова потужність топки. МДж/кг:
Теплова потужність топки показує кількістб тепла, що поступає в топку за одиницю часу. Розраховується за формулою, МВт:
,(5.1)
де - нижча теплота згоряння палива.
20,7·22,58=467,4.
5.2 Теплова потужність пальника
Теплова потужність пальника показує
яка кількість тепла подається в топку пальником за одиницю часу. Розраховується за формулою, МВт:
; (5.2)
,
де - число пальників, дорівнює 16 шт.
5.3 Площа поперечного перетину канала
первинного повітря (аеросуміші)
Розраховується за формулою, м2:
, (5.3)
де ВР - розрахункова витрата палива (із теплового балансу ВР);
ВР=20,7кг/с;
V0 – теоретична витрата палива (із розрахунку
матеріального балансу);
V0=5,984 м3/кг;
хПП –доля первинного повітря, хп1=20%=0,2.
W1=швидкість первинного повітря, м/с.
nп -загальна
кількість пальників, nп=16.
-температура аеросуміші. =2000С.
=0,178 м2
5.4 Площа поперечного перетину
амбразури пальника
Розраховується за формулою, м2:
, (5.4)
де – коефіцієнт надлишку і присос повітря в топці (із розрахунку матеріального балансу =1,2; =0,05);
W2 – швидкість вторинного повітря на виході з пальника, м/с
W2=20 м/с.
tГП - температура
гарячого повітря 0С, прийнята по [1.табл.II-10, c. 72]
tГП=4000C [3,4].
1,1 - коефіцієнт захаращування перетину стінками обичайок, розділяючих канали пальника:
= 1,193 м2.
5.5 Діаметр амбразури пальника
Розраховується за формулою, м:
=1,129; (5.5)
.
5.6 Діаметр каналу аеросуміші
Розраховується за формулою, м:
; (5.6)
Так як найближчий стандартний розмір f1=0,186м2 [5], а розрахункова
величина f1=0,178м2,
то приймаємо пальник двозавиткового типу: ГУ-II (ОН-127-59) з діаметром
амбразури 950 мм і орієнтовною тепловою потужністю 23-35 МВт.
Рисунок 5.1 – Ескіз двозавиткового
пальникового пристрою
6.1 Загальні положення
Охорона праці - це система законодавчих
актів, соціально-економічних, організаційно-технічних, санітарно-гігієнічних і
лікувально-профілактичних заходів і засобів, що забезпечують безпеку,
збереження здоров'я і працездатності людини в процесі праці [4].
Повністю
безпечних і нешкідливих виробництв не існує. Задача охорони праці - звести до мінімуму
вірогідність ураження або захворювання працівника з одночасним забезпеченням
комфорту при максимальній продуктивності праці.
Розгляд і аналіз
питань з охорони праці, виробничої санітарії і пожежної безпеки в даному
розділі виконано для парового котла паропродуктивністю 640 т/г, що працює на
вугіллі марки АШ.
6.2 Загальна характеристика умов експлуатації проектного об'єкта
Відповідно до вимог ГОСТ 12.0.003 - 74 [5] на машиністів котлів при
перебуванні їх у виробничому приміщенні і на території ІТЦ, діють наступні
небезпечні, шкідливі виробничі фактори:
- електрообладнання, що
знаходиться під напругою від 36 до 6000 В;
обертові механізми, що рухаються;
- висока температура повітря
при обходах і огляді працюючих котлів і агрегатів;
- перебування поблизу
теплотехнічного обладнання, що працює під тиском;
- виробничий шум та вібрація в
приміщеннях з працюючим енергетичним обладнанням ;
- запиленiсть повiтря пов’язана з вiдкритим транспортуванням сипких
матеріалів і з наявністю численних місць перепадів пилоутворюючих матеріалів з
одного обладнання на інше.
Джерела виникнення шкідливих і
небезпечних факторів, а також заходи щодо їхнього зниження приведені в таблиці
6.1
Таблиця 6.1 - Джерела виникнення шкідливих
і небезпечних факторів, а також заходи щодо їхнього зниження.
Шкідливі та небезпечні фактори
|
Джерела виникнення
|
Заходи щодо їх зниження
|
Теплове випромінювання
|
Топка котла
|
Теплоізоляція стін топки
та обладнання
|
Загазованість
|
Газопроводи,
нещільності обмуровування
|
Вентиляція, пристрої,
що автоматично припиняють постачання газу
|
Висока напруга електроструму
|
Щит керування електродвигунами
|
Застосування ізоляційних
матеріалів
|
Забруднення
навколишнього середовища
|
Викиди N02,СО2,СО,SO2 i пил вугiльний з
димової труби
|
Колективні та
інд.засоби захисту,
технологічні очисні засоби, золоуловлювач
|
Шум, вібрація
|
Димососи, насоси, вентилятори
|
Звукоізоляція з
скловати і пінопласту.Шумоізоляція, індивідуальні засоби захисту
|
Запиленість
|
Паливопідготовка, викиди золи з
димової труби
|
Пило- і золоочистка
|
Страницы: 1, 2, 3
|