Тепловой расчет и эксергетический анализ котельного агрегата (стр. 2 из 5)
В зависимости от расположения топочных устройств вне котла или внутри него, топки подразделяют на внешние и внутренние. Котлы с внешними топками, к каковым относятся водотрубные котлы, более универсальны, хорошо комбинируются с топками для низкосортных местных топлив, высокосортных углей, мазута и газа.
В барабане парового котла пар получается насыщенным, и в случае надобности он перегревается путём пропуска по особым змеевикам, располагаемым в большинстве случаев за первым газоходом котла. Полученные в топке газы, пройдя котёл и перегреватель, обычно имеют высокую температуру (около 300-450°С), а потому их невыгодно выбрасывать в дымовую трубу. Для повышения экономичности установки за котлом устанавливают дополнительные поверхности нагрева: экономайзер, подогревающий воду, идущую на питание котла, и воздухоподогреватель, снабжающий топку горячим воздухом. Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими топочными газами или воспринимают тепловую энергию лучеиспусканием. Таким образом, в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется на конвективные и радиационные. Количество тепла, передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения поверхности нагрева. Величина напряжения ограничена, во-первых, свойствами материала поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.
Водяные экономайзеры предназначены для подогрева питательной воды до поступления ее в испарительную часть котельного агрегата.
В зависимости от применяемого материала экономайзеры делятся на чугунные и стальные, по типу поверхности – на ребристые и гладкотрубные, по степени подогрева воды - на некипящие и кипящие.
Топливо механическими приспособлениями подаётся в верхнюю часть котельного здания, где напротив каждого котла располагаются бункеры. Из бункера топливо, под действием силы тяжести, по рукаву опускается в топку.
По определению, топливом называется горючие вещества, служащие источником получения тепла. Топливо подразделяется на естественное и искусственное. Топливо может быть жидким, твёрдым и газообразным. В качестве жидкого топлива в котельных установках в основном используется мазут – остаток от переработки нефти и в некоторых случаях других природных ископаемых.
Для нормальной работы котельного агрегата необходимы непрерывная подача воздуха для горения топлива и непрерывное удаление продуктов сгорания. Объём воздуха, расходуемого в котельной установке, находят по количеству сжигаемого в час топлива, теоретическому объёму воздуха, требующегося для сжигания 1 кг топлива, и по избытку воздуха топке. На покрытие неизбежных утечек воздуха через неплотности воздуховодов набавляют 10%.
1-паровой котёл; 2-пароперегреватель; 3-экономайзер; 4-воздухоперегреватель; 5-топка (цепная решётка); 6-поступление топлива; 7-механическое шлакозолоудаление
Рис. 2. Общий вид котлоагрегата в разрезе
Воздух, требуемый для горения, нагнетается в топку вентиляторами. При наличии воздухоподогревателя дутьевой вентилятор располагают таким образом, чтобы нагнетаемый им воздух сначала проходил через воздухоподогреватель и затем, нагретый попадал в топку. Горение топлива происходит на решётке и в топочном пространстве, в результате чего образуются горячие газы. Газы под воздействием дымовой трубы и дымососа проходят по газоходам парового котла, пароперегревателя, экономайзера и воздухоподогревателя. Охлаждённые газы, предварительно пройдя через золоуловитель, удаляются в дымовую трубу. Шлак удаляется непосредственно из топки.
В современных котельных установках широко распространена система с разрежением по газоходам. К недостаткам этой схемы следует отнести наличие присосов воздуха в газоходы через неплотности в ограждениях и работу дымососов на запыленных газах. Достоинство такой схемы – отсутствие выбивания и утечек дымовых газов в помещении котельных, т.к. воздух в топку нагнетает вентилятор, а дымовые газы удаляет дымосос. В последнее время в мощных энергетических котельных установках широко применяется схема с наддувом. Топка и весь газовый тракт находятся под давлением 3-5 кПа. Давление создается мощными вентиляторами, дымосос отсутствует. Основной недостаток этой схемы – трудности, связанные с обеспечением надлежащей герметичности топки и газоходов котельного агрегата.
Конденсат водяного пара, направляемого из котельной для использования в системах отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и производственных устройств, в своей большей части возвращается обратно в котельную. Конденсат по существу является дистиллированной водой, почти не имеющей накипеобразователей, но в нём могут быть растворены кислород воздуха и углекислота, вредно влияющие на работу котельной установки.
Поэтому конденсат, направляясь в питательный бак, предварительно проходит через деаератор. При эксплуатации систем теплоснабжения всегда надо стремиться собрать возможно большее количество обратного конденсата, однако приходится считаться с частичными потерями, так как часть производственной аппаратуры расходуя пар не возвращает его конденсат. Кроме того конденсат теряется из-за неплотности сетей. Для пополнения питательной воды котлоагрегата используется вода из водопровода. Она содержит в себе соли, которые отлагаются в котле в виде накипи, что затрудняет теплопередачу, а в трубах, находящихся в топочном пространстве, вызывает перегрев стенки. Чтобы этого не было происходит умягчение воды.
Устройства, в которых непосредственно вырабатывается пар и нагревается вода, называют паровыми или водогрейными котлами. Если котлы в отопительных котельных вырабатывают пар давлением Р£0,17МПа или горячую воду температурой не выше 388К, то они относятся к категории котлов низкого давления. Изготовляют эти котлы из чугуна или стали. Положительное качество чугунных котлов - устойчивость их стенок против коррозии; их недостаток – хрупкость металла, из-за которой они могут работать лишь при низких давлениях.
В производственных и энергетических котельных по давлению получаемого пара котельные агрегаты разделяются на следующие: низкого давления (Р=0,8-1,6МПа), среднего (Р=2,4-4МПа), высокого (Р=10-14МПа) и сверхвысокого давления (Р=25-31МПа). Паровые котельные агрегаты стандартизированы по параметрам вырабатываемого пара (Р и Т) и мощности.
Котельные агрегаты производительностью 0,01-5,5 кг/с относятся к котлам малой мощности, производительностью до 30 кг/с – к котлам средней мощности и более 30 кг/с (до 500-1000 кг/с) – к котлам большой мощности.
Кроме указанного котлы подразделяются ещё по характеру перемещения в них теплоносителя. Паровые котлы различают с естественной циркуляцией пароводяного потока, принудительной многократной циркуляцией пароводяного потока, с однократным перемещением пароводяного потока (прямоточные). Водогрейные котлы любых конструкций выполняются только как прямоточные.
Если котлы, работающие при повышенном и высоком давлении изготавливаются только из стали, причём её качество повышается в зависимости от величины давления и температуры перегрева, то котлы, работающие при низких давлениях, могут быть изготовлены и из чугуна.
Принцип принудительного движения воды и пароводяной смеси нашёл своё логическое завершение в прямоточных котлах. Такое название эти котлы получили потому, что в них вода, подаваемая питательным насосом в один конец длинного непрерывного змеевика, проходит последовательно («прямым током») все его участки и выходит из другого конца змеевика в виде перегретого пара заданной температуры и давления.
В котлах с естественной циркуляцией имеет место принудительное движение однофазной жидкости (пара, воды) в двух элементах котлоагрегата: в пароперегревателе (под влиянием давления пара в барабане котла) и в не кипящем экономайзере (под влиянием действия питательного насоса). Движение воды и пароводяной смеси в испарительных поверхностях нагрева происходит под влиянием разности их удельных весов.
Эксплуатация котлов должна обеспечивать надежную и эффективную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с “Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов «Госгортехнадзора», «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей», «Правилами технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей» и др.
На основе указанных материалов для каждой котельной установки должны быть составлены должностные и технологические инструкции по обслуживанию оборудования, ремонту, технике безопасности, предупреждению и ликвидации аварий и т.п. Должны быть составлены технические паспорта на оборудование, исполнительные, оперативные и технологические схемы трубопроводов различного назначения. Знание инструкций, режимных карт работы котла и указанных материалов является обязательным для персонала. Знания обслуживающего персонала должны систематически проверяться.
2. PАСЧЕТ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
Исходные данные:Рп.п=14 МПа, tп.п=400 0С, tп.в.=110 0С, tух=190 0С, Рк.у=1,4МПа, aт =1,05, tвоз=200 0С, t0 =0 0С, величина непрерывной продувки П=3%, теплота сгорания сухого газа Q=16,422 МДж/м3. Вид топлива: коксовый газ D=45 т/ч, присос воздуха Da=0,3