Г. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011 icon

Г. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011




НазваГ. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011
Сторінка1/8
Дата01.06.2012
Розмір0.77 Mb.
ТипДокументи
  1   2   3   4   5   6   7   8

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ





Г.Л. ШЕВЧЕНКО, В.Я. ПЕРЕРВА,

С.Н. ФОРИСЬ, Д.С. АДАМЕНКО


КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ


Днепропетровск НМетАУ 2011

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ


НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ


Г.Л. ШЕВЧЕНКО, В.Я. ПЕРЕРВА,

^ С.Н. ФОРИСЬ, Д.С. АДАМЕНКО


КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ


Утверждено на заседании Ученого совета академии

в качестве учебного пособия. Протокол № 15 от 27.12.2010


Днепропетровск НМетАУ 2011




УДК 621.1.016.4(07)

Шевченко Г.Л., Перерва В.Я., Форись С.Н., Адаменко Д.С. Котельные установки промышленных предприятий: Учебное пособие. – Днепропетровск: НМетАУ, 2011. – 64 с.


Представлены краткие теоретические сведения теории, лабораторные работы по дисциплине, методика расчета горения топлив в котельных установках, задание на курсовой проект, вопросы для самостоятельной подготовки к экзамену.

Предназначено для студентов направления 6.050601 – теплоэнергетика.


Ил. 17. Табл. 4. Библиогр.: 5наим.


Ответственный за выпуск М.В. Губинский, д-р техн. наук, проф.



Рецензенты:

Р.Г. Хейфец, д-р техн. наук, проф. (НПО «Трубасталь»)




В.А. Габринец, д-р техн. наук, проф. (ДНУЖТ)



© Национальная металлургическая академия
Украины, 2011


© ^ Шевченко Г.Л. , Перерва В.Я.,
Форись С.Н., Адаменко Д.С. 2011









СОДЕРЖАНИЕ










стр.

1

Технологическая схема производства пара………………………

4

1.1

Назначение, конструкция и схема работы парогенераторов……

4

1.2

Элементы парогенератора…………………………………….........

10

2

Лабораторные работы………………………………………………

23

2.1

Оценка эффективности работы котельной установки академии..

23

2.2

Принципиальная схема и тепловой баланс котельного агрегата..

32

2.3

Схема работы и оборудование ПДТЭС…………………………...

40

3.

Практические занятия………………………………………………

46

3.1

Расчет горения топлива…………………………………………….

46

3.2

Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания топлива…………

50

3.3

Энтальпия воздуха и продуктов сгорания смеси топлив………...

54

3.4

Определение конструктивных поверхностей нагрева……………

55

4

Задание на курсовой проект………………………….……………

58

5

Список основных вопросов для подготовки к экзамену…………

59




Приложения…………………………………………………………

60




Список литературы…………………………………………………

63


^ 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ПАРА


1.1 НАЗНАЧЕНИЕ, КОНСТРУКЦИЯ И СХЕМА РАБОТЫ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ

Парогенератор служит для производства пара (главным образом водяного) под давлением, большей частью с перегревом по отношению к температуре насыщения. С момента использования водяного пара в качестве движущей силы простейший агрегат, в котором осуществлялась генерация пара, называли паровым котлом. С усложнением конструкции и появлением большого числа вспомогательных механизмов котел стали называть котлоагрегатом. Наконец, в связи с переходом на высокие и сверхвысокие давления, перегревом пара и повышением мощности, с интенсификацией и автоматизацией всех процессов на агрегате появилось новое наименование парогенератор.

Рабочим телом парогенераторов является вода, очень редко ртуть, натрий, калий, органические жидкости. Органические рабочие тела и ртуть имеют по сравнению с водой высокую температуру кипения и конденсации при низком давлении, что способствует повышению термического к. п. д. бинарной установки, в которой водяной пар обеспечивает нижнюю, а металлы и органические соединения - верхнюю температурную зону цикла Карно.

Теплоносителем в парогенераторах являются горячие продукты горения органического топлива, называемые дымовыми газами.

Водяной пар используется для разных целей: в энергетических установках - для привода паровых турбин и транспортных двигателей, в отопительных установках - для производственного потребления в теплообменниках, тепловых аппаратах и т. д. Парогенераторы являются одними из основных агрегатов ТЭС [1].

Термин «парогенератор» в широком смысле означает комплекс следующих элементов: топки, испарительных поверхностей, пароперегревателя, устройства для предварительного подогрева питательной воды (экономайзера), устройства для предварительного подогрева воздуха (воздухоподогревателя), воздуховодов, газоходов с их ограждениями (обмуровкой), с устройствами для осмотра, очистки и т. п. (гарнитурой), каркаса, трубопроводов для пара и воды с запорными и регулирующими устройствами, называемыми арматурой.

Кроме того, парогенератор имеет ряд вспомогательных устройств и механизмов: дутьевую и дымососную установки, топливоприготовление и топливоподачу в пределах парогенераторного зала, шлакозолоудаляющие и золоулавливающие устройства, систему контрольно-измерительных приборов (КИП), дистанционное управление регулирующих органов и автоматику.

Разнообразны также процессы, протекающие в парогенераторной установке:

- подготовка топлива к сжиганию (измельчение, сушка);

- горение топлива;

- теплопередача, включающая все ее виды - теплопроводность, радиацию и конвекцию;

- подогрев, испарение и перегрев рабочего тела;

- унос с паром и осаждение солей;

- сепарация влаги из пара; перемещение рабочего тела, воздуха и дымовых газов по их трактам;

- коррозия и эрозия металлов и изменение их свойств при высоких температурах (ползучесть, старение и т. п.).

На рисунке 1.1 показана принципиальная схема устройств и работы современного парогенератора с естественной циркуляцией поды, скомпонованного в виде буквы П. В барабан-паросборник, размещенный в верхней части парогенератора, входят трубы, обогреваемые топочными газами и ограждающие (экранирующие) стенки топки. Из барабана выходят необогреваемые, так называемые опускные трубы. Обе системы труб соединены между собой в нижних коллекторах (камерах) экранов и образуют замкнутый тракт: барабан, опускные трубы, нижние камеры, экранные трубы, барабан. Благодаря разнице в весах столбов воды в опускных трубах и пароводяной смеси в экранных трубах в замкнутом контуре возникает непрерывное движение рабочего тела: подъемное в экранных трубах и опускное в необогреваемых.

Такое движение рабочего тела называется естественной циркуляцией. В барабане на поверхности, разделяющей жидкость и пар, происходит отделение пара от воды. В действительности этот процесс много сложнее, и для удовлетворительного отделения пара от воды применяют специальные сепарационные устройства, улавливающие остаточную влагу пара и растворенные в ней соли. Подсушенный пар отводится в пароперегреватель, состоящий из змеевиков. Здесь он перегревается горячими топочными газами; заданное значение перегрева поддерживается регулирующими устройствами. После пароперегревателя пар собирается в сборочный коллектор и направляется к потребителю.





В парогенераторах высоких и сверхвысоких параметров в целях профилактики эрозии последних ступеней турбины влажным паром и как средство повышения термического кпд электростанций применяется вторичный, называемый также промежуточным, перегрев пара после снижения давления и температуры его в головной части турбины (в агрегате, показанном на рисунок 1.1, вторичный перегрев отсутствует).

Подпитка парогенератора водой производится в барабан через экономайзер, в котором осуществляется предварительный подогрев воды и тем самым утилизируется тепло дымовых газов, имеющих температуру, близкую к температуре кипения воды. Тракт воздуха и дымовых газов ясен из рисунок 1.1.

Для современных агрегатов с естественной циркуляцией кратность циркуляции, т.е. отношение расхода жидкости, прошедшей в 1 сек через циркуляционные контуры, к секундной паропроизводительности этих контуров, равна для парогенераторов высокого давления 8 – 12, а для среднего 20 – 30.

Кроме агрегатов с естественной циркуляцией воды, имеются еще парогенераторы с принудительной циркуляцией, у которых движение воды по испарительному контуру осуществляется за счет работы особых насосов. Сюда относятся парогенераторы с многократной принудительной циркуляцией и прямоточные. У первых кратность циркуляции равна 3 – 8, у вторых - единице или чуть больше. Появление агрегатов с принудительной циркуляцией было вызвано желанием повысить надежность охлаждения испарительных поверхностей нагрева парогенераторов с ростом рабочего давления в них. С ростом давления плотности пара и воды снижаются, что вызывает снижение разности весов столбов жидкости и пароводяной смеси в циркуляционных контурах, а, следовательно, и снижение движущего напора циркуляции. Для сверхкритического давления (>22 МПа) единственно возможный тип парогенератора – прямоточный.

Ниже приводятся некоторые принятые в технике парогенераторостроения термины. Поверхностью нагрева парогенератора называют площадь всех металлических стенок агрегата, омываемых с одной стороны дымовыми газами, с другой – рабочим телом. Величина ее измеряется в квадратных метрах, причем измерение производится, как правило, по обогреваемой стороне. В прейскурантах используется термин строительная поверхность нагрева; последняя представляет собой площадь внешней поверхности всех деталей парогенератора, работающих под давлением. При расчете лучистой теплоотдачи используется термин «эффективная поверхность нагрева»; это – условная поверхность, равная или несколько меньшая площади стены, огражденной экранами, или площади поперечного сечения газохода, в котором размещен пучок труб.

Для достижения наибольшей прочности при наименьшем весе поверхностям нагрева, и прочим деталям парогенератора, находящимся под внутренним давлением (барабанам 1, коллекторам 16 и трубам 8, 9, см. рисунок 1.1), придают цилиндрическую форму. Часть объема барабана 2, занятую водой, называют водным пространством, а занятую паром, 3 –паровым пространством. Поверхность, отделяющая паровое пространство от водяного, носит название зеркала испарения, хотя у современных энергетических парогенераторов понятие, характеризуемое этим термином, уже потеряло свой первоначальный смысл. В барабане различают два крайних по высоте уровня воды. Низший уровень воды устанавливается из следующих соображений: во-первых, чтобы не обнажились металлические стенки, обогреваемые горячими газами, и, во-вторых, чтобы не остались без воды опускные циркуляционные трубы. Верхний уровень устанавливают таким, чтобы исключался заброс влаги с паром и влажность пара не переходила допустимых пределов. Объем воды, соответствующий разности между высшим и низшим уровнями, называют «запасом питания». У современных высокофорсированных парогенераторов, по сравнению со старыми конструкциями, запас питания снизился с нескольких десятков минут до нескольких десятков секунд, что потребовало замены ручного управления питания водой автоматическим.

Парогенераторы характеризуются параметрами пара – давлением и величиной перегрева, которые являются качественными характеристиками пара, а также паропроизводительностью и коэффициентом полезного действия (к. п. д.) брутто. Так как с парогенераторной водой в пар попадают соли жесткости, то приходится к качественным характеристикам пара относить еще степень его чистоты [2].

Паропроизводительность D в системе единиц СИ, выражается в кг/с. Расчет парогенератора ведется обычно на номинальную паропроизводительность. Номинальной называется наибольшая паропроизводительность, которую парогенератор может устойчиво обеспечивать в течение длительного периода при сохранении проектных марок топлива, параметров пара и температуры питательной воды. Встречаются также понятия экономической и максимально длительной паропроизводительности.

Под давлением парогенератора подразумевается давление пара в выходном коллекторе пароперегревателя. В Украине действуют стандарты на парогенераторы, в которых оговорены давления, температура первичного и вторичного перегрева пара и температура питательной воды, а также паропроизводительность. В ГОСТ оговорены также допустимые пределы отклонений температуры перегрева пара и минимальные требования к чистоте питательной воды и пара.

В системе СИ давление измеряется в Мн/м2 (Меганьютоны на квадратный метр) вместо кГ/см2. Номинальные давления современных парогенераторов, которые в системе МКГСС записывались как 100, 140 и 255 кГ/см2, в новых единицах записываются как 10, 14 и 25 Мн/м2.

Мощные блоки выполняют на еще более высокие параметры пара, не охватываемые пока ГОСТ; так, для предвключенной турбины СКР-100 выполнен парогенератор на 31 Мн/м2 (315 ат) и перегрев 655/570 °С, где в числителе – температура первичного перегрева пара, а в знаменателе – вторичного (промежуточного).

Тепловое совершенство парогенератора характеризуется коэффициентом полезного действия брутто, т.е. отношением тепла, переданного рабочему телу, к теплопроизводительности затраченного топлива, без учета тепла, эквивалентного выработке электроэнергии на собственные нужды парогенератора: подготовка топлива, тяга и дутье, питание водой и т. п. Выражение для к. п. д. брутто парогенератора можно записать так:

(1.1)

где D – паропроизводительность котла, кг/с; iПП , iПВ – соответственно, энтальпия перегретого пара и энтальпия питательной воды, кДж/кг; В – расход топлива, м3/с; - низшая теплота сгорания топлива, кДж/м3.

Энтальпия перегретого пара находится по is-диаграмме или по таблицам водяного пара по заданным давлению и температуре перегретого пара.

Энтальпия питательной воды вычисляется по формуле:

; (1.2)

где спв – теплоемкость питательной воды, кДж/(кг°С), tпв – температура питательной воды на входе в котел, °С.

Расчет КПД по формуле (1.1) называется определением КПД котла по прямому тепловому балансу. Разделив предварительно все члены уравнения на и умножив на 100 % получим уравнение теплового баланса в процентах:

100 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 (1.3)

Из формулы (1.3) КПД котла можно определить по обратному тепловому балансу, если известны все тепловые потери в котле:

 = q1 = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6) (1.4)

У современных мощных парогенераторов тепловые потери невысоки и к.п.д. брутто агрегата достигает 93 – 94%.

Производство парогенераторов большой и средней мощности в Советском Союзе занимались четыре завода: Таганрогский котлостроительный завод (ТКЗ), Подольский машиностроительный завод им. Орджоникидзе (ЗиО), Барнаульский котлостроительный завод (БКЗ) и Белгородский котлостроительный завод (БелКЗ). Парогенераторы малой производительности изготовляются на многих заводах, основным из которых является Бийский котлостроительный завод (БиКЗ).


^ 1.2 ЭЛЕМЕНТЫ ПАРОГЕНЕРАТОРА


Испарительные поверхности нагрева. Испарительные элементы в парогенераторах с естественной циркуляцией состоят из трубных пучков и топочных экранов, в прямоточных парогенераторах – только из экранов. Диаметр труб для средних давлений обычно 83 мм, для высоких 76 или 60 мм. В парогенераторах с принудительной циркуляцией диаметр труб 32 – 42 мм. Пучки получают тепло в основном конвекцией, экраны - радиацией. На рисунке 1.2 приведена схема расположения испарительных пучков для трех (рисунке 1.2,а), двух (рисунке 1.2,6), однобарабанного - однопучкового (рисунке 1.2 в) и однобарабанного чисто экранного (рисунке 1.2,г) парогенераторов с естественной циркуляцией воды. Направление циркуляции рабочего тела и движение теплоносителя показаны стрелками. Все первые по ходу газов пучки подъемные, последние - опускные. С уменьшением количества барабанов агрегат становится дешевле. На рисунке 1.3 показаны способы крепления труб в стенках барабанов и коллекторов.

Экраны появились в 20-х годах нашего века как элементы, защищающие огнеупорную обмуровку топочной камеры от расплавления. Однако они так хорошо зарекомендовали себя в качестве интенсивно работающих испаряющих поверхностей нагрева, что в настоящее время остались основными, а иногда даже единственными парообразующими элементами (см. рис. 1.1 и 1.2,г). С ростом параметров пара исчезли относительно большие конвективные пучки труб, так как с ростом рабочего давления снижается доля тепла, идущего на испарение жидкости, за счет роста тепла, которое может быть передано питательной воде в регенеративных подогревателях машинного зала и в экономайзере парогенератора. На выходе горячих газов из топки вместо испарительного пучка сохранились только сильно разреженные трубы заднего экрана, так называемый фестон (рисунок 1.2,г).



Рисунок 1.2 - Испарительные поверхности нагрева вертикально-водотрубных и экранного парогенераторов.

Рисунок 1.3 - Способы крепления труб в стенках барабанов и коллекторов.




Для повышения паропроизводительности агрегата без увеличения объема топочной камеры мощные парогенераторы часто оборудуются двухсветными экранами, устанавливаемыми вертикально в плоскости потока дымовых газов. Металл двухсветных экранов используется эффективнее, чем металл настенных экранов, так как первые облучаются с двух сторон.

Экраны выполняют большей частью из гладких труб, однако в ряде случаев применяют и иные конструкции. Так, в области жидкого шлакообразования для повышения температурного уровня в камере горения экраны выполняют ошипованными, т.е. с приваренными к обращенному в огневую сторону полупериметру труб стерженьками - шипами, закрытыми высокоогнеупорными пластическими массами. Для экономии металла применяют трубы с плавниками. Кроме этого, на парогенераторах с естественной и принудительной циркуляцией находят применение цельносварные мембранные охлаждающие панели. Сварные панели на сверхмощных агрегатах позволяют: вести работу под наддувам, т.е. под давлением выше атмосферного; полностью освободиться от обмуровки, заменив ее небольшим слоем тепловой изоляции; повысить надежность шлакового пода тонки; облегчить вес агрегата; применить заводскую блочность поставки и др.

Пароперегреватели. Пароперегреватель является одним из основных и наиболее ответственных элементов парогенератора. С ростом давления и температуры пара возрастает доля тепла, воспринимаемого пароперегревателем. Так, для средних параметров пара она равна примерно 20%, для высоких - 40%; при одном промежуточном перегреве доля тепла, воспринимаемого пароперегревателем, доходит до 65%, при двух – до 75%. Поэтому если раньше пароперегревательные поверхности нагрева размещались только в области конвективной теплопередачи и при температурах газа не выше 800° С, то сейчас их приходится помещать в область горячих газов (1000 – 1050° С) и даже в область лучистой теплоотдачи, т. е. в топочной камере. Радиационные пароперегреватели выполняют в виде свободно подвешенных в верхней части топочной камеры трубчатых лент, называемых ширмами, или в виде настенных и потолочных экранов топки. На современных парогенераторах устанавливают комбинированные пароперегреватели конвективно-радиационного типа (рисунок 1.4).

Змеевики пароперегревателей могут размещаться вертикально или горизонтально, в соответствии с чем и сами пароперегреватели называют вертикальными и горизонтальными (рисунок 1.4). Горизонтальные пароперегреватели часто крепят на подвесных трубках, охлаждаемых паром или питательной водой; их преимущество перед вертикальными заключается в том, что они позволяют дренировать влагу при остановке парогенератора и в период растопки.




Рисунок 1.4 – Схема устройства пароперегревателя с ширмами.

1 - топочная камера; 2 - барабан; 3 - вертикальный конвективный пакет; 4 - ширмы; 5 - пароохладитель; 6 - подвесные трубы; 7 - горизонтальный конвективный выходной пакет; 8 - выходной коллектор перегретого пара.



Пароперегреватель представляет собой систему параллельно включенных по пару змеевиков из труб диаметром 30 - 42 мм, с наружной стороны омываемых и облучаемых горячими газами. На рисунок 1.5 представлены различные варианты взаимного движения пара и газа. Противоток дает максимальную среднюю разность температур между газом и паром, и соответственно минимальную поверхность нагрева пароперегревателя. Однако для снижения температуры стенки наиболее горячих выходных по пару витков приходится идти на комбинацию противотока и параллельного тока (рисунок1.5, г). Вообще следует отметить, что металл змеевиков пароперегревателей работает в очень тяжелых температурных условиях, что объясняется высоким значением принятой в новых конструкциях температуры перегрева пара, весьма близкой к пределу применимости для освоенных металлургией легированных сталей.


Рисунок 1.5 – Схема взаимного движения пара и дымовых газов в конвективных пароперегревателях.

а) – прямоток; б) – противоток; в) – двухступенчатый противоток; г) – комбинации прямотока и противотока.


Перегрев пара необходимо поддерживать в строго ограниченных пределах, так как от температуры перегрева зависит экономичность паросилового цикла, и, кроме того, изменение температуры перегрева влечет за собой опасность эрозии лопаток хвостовых ступеней турбины влажным паром и разрушения металла змеевиков пароперегревателей.

Вторичные пароперегреватели по своей конструкции мало, чем отличаются от первичных. Располагаются они в области более низких температур дымовых газов во избежание пережога их при растопке, когда через них еще нет протока пара.

Экономайзеры. Подогрев воды до кипения в старых конструкциях парогенераторов осуществлялся в поверхностях нагрева, включенных в тракт естественной циркуляции (см., например, рис. 1-2,а). Такие поверхности не удавалось выполнить достаточно большими из-за трудности размещения их между барабанами, и, кроме того, они были дорогими. Температура уходящих газов была высокой, 300 - 400° С. Это объяснялось невозможностью охладить дымовые газы ниже температуры кипения воды, так как сравнительно холодная питательная вода смешивалась с 20-30-кратным количеством циркуляционной воды, имеющей температуру кипения.

В настоящее время, по трубкам экономайзера проходит только питательная вода (см. позиции 11 и 12 на рис. 1.1), что позволяет резко снизить температуру уходящих газов при приемлемой величине поверхности нагрева экономайзера. Принудительное движение воды в экономайзере допускает его произвольную компоновку, что наряду с применением труб малого диаметра позволяет значительно сократить его габариты и упростить компоновку конвективной шахты парогенератора. Экономайзеры оказались поверхностями нагрева настолько дешевыми и высокоэффективными в работе, что стали неотъемлемой частью всех парогенераторов, С повышением температуры питательной воды, в результате регенеративного подогрева ее в цикле паровой турбины, роль экономайзеров как элементов, экономящих тепло путем снижения температуры уходящих газов, перешла к воздухоподогревателям, но наименование «экономайзер» за подогревателями воды сохранилось.

Особенно возросла роль экономайзеров при переходе к высоким давлениям, а, следовательно, и к высоким температурам кипения, когда значительно возрастает теплота подогрева воды. В настоящее время в ряде установок экономайзеры не только подогревают питательную воду до точки кипения, но даже выдают пар в количестве 10 – 20 % от номинальной паропроизводительности агрегата. В соответствии с этим различают экономайзеры некипящие, у которых температура воды не доводится до кипения, и кипящие, у которых вода подогревается до температуры кипения или даже частично испаряется. У прямоточных парогенераторов экономайзеры, как правило, некипящего типа из-за трудностей равномерной раздачи двухфазной жидкости (пароводяной смеси) по десяткам параллельно включенных испарительных витков радиационной части.

В настоящее время экономайзеры, как правило, не отключаются ни по водяной, ни по газовой стороне и составляют единое целое с парогенератором. До 20-х годов широкое применение в теплотехнике находили чугунные экономайзеры с оригинальным устройством сажезолоочистки и устройствами, отключающими их как по воде, так и по газу. В настоящее время экономайзеры выполняют стальными гладкотрубными, плавниковыми, ребристыми и чугунными. Наибольшее распространение получили стальные гладкотрубные экономайзеры с наружным диаметром змеевиков от 28 до 38 мм. Три остальные разновидности имеют ограниченное распространение. У стальных плавниковых экономайзеров вдоль труб, с диаметрально противоположных сторон в плоскости потока дымовых газов, расположены два стальных плавника, приваренных к трубе или прокатанных заодно с трубой. У стальных ребристых экономайзеров на гладкие стальные трубы надевают в нагретом состоянии чугунные манжеты с поперечными чугунными ребрами. Такой экономайзер стоек против газовой коррозии при сжигании высокосернистых топлив.

Чисто чугунные экономайзеры выполняют только на давление примерно до 6 Мн/м2 путем отливки заодно труб и поперечных ребер. Плавники и ребра делают для увеличения поверхности нагрева с газовой стороны экономайзера, имеющей значительно меньшие коэффициенты теплоотдачи, чем внутренние поверхности, омываемые водой, для снижения веса и стоимости, а чугунные насадки - еще и для повышения коррозионной стойкости.

У экономайзера различают два вида коррозии: внутреннюю и наружную. Первая – это кислородная коррозия металла под воздействием свободного кислорода и газов, растворенных в воде. Борются с нею двояко: во-первых, глубокой деаэрацией питательной воды в машинном зале; во-вторых, обеспечением достаточной скорости воды к змеевиках для смыва пузырьков газа со стенок и тем самым недопущения локальной коррозии, протекающей весьма интенсивно. Наружная, или низкотемпературная, коррозия представляет собой внешнее разъедание трубок агрессивными соединениями (обычно серным ангидридом SО3), содержащимися в дымовых газах. Газовая коррозия протекает особенно интенсивно в тех случаях, когда температура питательной воды падает ниже точки росы водяных паров в дымовых газах, т. е. температуры конденсации водяных паров в дымовых газах. Для сернистых топлив точка росы сильно повышается. Если для бессернистых топлив с низкой влажностью точка росы равна примерно 50 °С, то для сернистых и высоковлажных топлив она поднимается до 145 °С.

На рисунок 1.6 представлены варианты компоновок змеевиков экономайзера в газоходе. Летучая зола неравномерно распределяется в газовом потоке, сосредоточиваясь непосредственно у наружной задней стенки газохода. Этот эффект является результатом действия центробежных сил, возникающих при повороте газов в конвективный газоход. Поэтому для многозольных топлив змеевики желательно располагать параллельно фронту парогенератора (рисунок 1.6,6, в, г) с целью локализации эрозии золой на нескольких змеевиках вместо всего пакета, что имело бы место при перпендикулярном расположении змеевиков.

Змеевики экономайзера компонуются в пакеты, обычно с шахматным расположением труб в поперечном сечении (рисунок 1.7,а), с поперечным шагом s1 и продольным шагом s2. Для уменьшения загрязнения кормовой части труб и повышения компактности экономайзера в целом следует стремиться к максимальному уменьшению s1 и s2.


Рисунок 1.6 – Варианты компоновки змеевиков экономайзера.


Рисунок 1.7 – а) Шахматная компоновка змеевиков; б) вводы экономайзерных труб в барабан.



На рисунок 1.7,б, показана типичная конструкция ввода в барабан трубопроводов, подающих воду от экономайзера. Здесь предусмотрено предохранение места соединения от больших тепловых напряжений в стенке барабана, приводящих к нарушению плотности соединения или к образованию трещин в сварке.


^ Коллекторы парогенератора. Трубы отдельных поверхностей нагрева парогенераторов объединяют на входе и выходе в коллекторы (камеры), что позволяет организовать переброску рабочего тела из пакета в пакет небольшим числом труб и попутно получить перемешивание среды, неодинаково нагретой в параллельно включенных трубах пакетов. В парогенераторах с естественной и многократно-принудительной циркуляцией имеются, кроме обычных камер, коллекторы большого диаметра - барабаны, которые предназначены для разделения пароводяной смеси, поступающей из испарительных поверхностей нагрева, на пар и воду и для распределения воды по циркуляционным испарительным контурам. Для уменьшения объема барабана и повышения сепарационного эффекта в паровом и частично в водяном объемах барабана обычно размещают механические сепарационные и паропромывочные устройства. Внутренний диаметр барабана обычных мощных парогенераторов достигает 1,8 м; толщина стенки цилиндрической части 90 – 100 мм, длина 20 – 24 м, вес 100 т и более. Выполняют барабаны из листов слабо легированной стали путем вальцовки, штамповки и автоматической электросварки. Барабан является самым дорогим элементом парогенератора; отсутствие барабана является одним из преимуществ прямоточных агрегатов. Камеры выполняют из сравнительно дешевых, углеродистых и легированных цельнокатаных труб. Трубы в стенках барабанов и коллекторов при давлениях, меньших 10 Мн/см2, крепятся обычно вальцовкой (рисунок 1.3,а), а при 10 Мн/м2 и выше - сваркой, как показано на рисунок 1.3, 6, в.

Воздухоподогреватели. В течение последних трех- четырех десятилетий получил широкое развитие регенеративный подогрев питательной воды отборами пара из паровых турбин. В настоящее время приняты следующие температуры питательной воды в зависимости от давления парогенератора: 145 °С для 4; 215 °С для 10; 230 °С для 14; 235 °С для 17 и 240 °С для 25 Мн/м2. Уже при подогреве питательной воды в регенеративном цикле паровой турбины до 145 °С стало затруднительным охлаждать уходящие дымовые газы до достаточно низкой температуры. Это заставило искать новых путей утилизации тепла уходящих газов, в результате чего появились воздухоподогреватели. Одновременно с этим действовал в том же направлении и другой фактор: изыскание способов рационального сжигания местных топлив, что также потребовало предварительного подогрева воздуха.

Роль воздушного подогревателя существенно отличается от роли экономайзера. Воздухоподогреватель не только отнимает тепло от уходящих газов, но и вносит это тепло в камеру горения с подогретым воздухом, вследствие чего температура в камере горения повышается, процесс горения интенсифицируется, уменьшаются потери тепла с химическим и механическим недожогами. Тепло воздуха, полученное за счет низкотемпературного тепла газов, поднимает температуру в топке, в связи с чем растут температурные напоры на всем газовом тракте, вплоть до воздухоподогревателя. В результате этого уменьшаются поверхности нагрева, работающие под давлением, чем с избытком компенсируются затраты металла на воздухоподогреватель.

По принципу действия воздухоподогреватели делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных воздухоподогревателях передача тепла от дымовых газов к воздуху осуществляется через разделяющую их стенку, в регенеративных через промежуточное тело, периодически нагреваемое газами и охлаждаемое воздухом.

На рисунок 1.8 схематично показаны три варианта конструктивного выполнения рекуперативного воздухоподогревателя. Пластинчатый тип (рисунок 1.8, а) в настоящее время, как правило, не производится из-за больших неплотностей по воздуху и трудности очистки. Трубчатый стальной (рисунок 1.8, б) имеет самое широкое распространение, хотя у мощных парогенераторов вытесняется малогабаритным регенеративного типа. Обычно дымовые газы омывают трубки изнутри, а воздух – снаружи.

Однако в последние годы начинают появляться стальные трубчатые воздухоподогреватели с горизонтальной компоновкой трубок и движением внутри трубок не газа, а воздуха. Чугунный игольчатый или ребристо-зубчатый воздухоподогреватель (рисунок 1.8, в) применяется в промышленных энергетических установках и нашел некоторое распространение в качестве первой по ходу воздуха, обычно коррозирующей, ступени воздухоподогревателей энергетических парогенераторов, а также в единичных случаях - при высоком подогреве воздуха, когда металл подогревателя особенно подвержен окалинообразованию.

По воздушной стороне трубы трубчатого воздухоподогревателя компонуются двояко: в один поток (см. рис. 1.1) и в два (рисунок 1.8, г). Двухпоточный воздухоподогреватель позволяет при том же аэродинамическом сопротивлении повысить скорость воздуха по сравнению с однопоточным и тем самым повысить коэффициент теплоотдачи, уменьшить вес и габариты этой поверхности нагрева.





Рисунок 1.8 – Типы рекуперативных воздухоподогревателей.

В зарубежных установках для уменьшения газовых сопротивлений и увеличения поверхности нагрева трубкам иногда придают различные обтекаемые формы (рисунок 1.9): капельную, овальную, чечевицеобразную, ромбическую. Отверстия для них делают в трубных досках методом штамповки.





Рисунок 1.9 – Типы профильных трубок воздухоподогревателей.

По ходу дымовых газов воздухоподогреватели компонуют в одну ступень последовательно с экономайзером и в две ступени в рассечку с экономайзером (рисунок 1.1, 1.8,г). Одноступенчатая компоновка обеспечивает подогрев воздуха до 250 – 350 °С, двухступенчатая – до более высоких температур. На сложную двухступенчатую компоновку приходится идти при высоком подогреве воздуха, потому что на горячем конце воздухоподогревателя разность температур между газом и воздухом падает столь значительно, что без передвижения воздухоподогревателя в область более высоких температур газов становится невозможным осуществление проектного подогрева воздуха.

Регенеративный воздухоподогреватель типа Юнгстрем (рисунок 1.10) имеет ротор с приводом от электродвигателя или гидротурбины. Ротор разделен глухими радиальными перегородками на несколько секторов, внутри которых уложена набивка из стальных гофрированных листов толщиной примерно 0,5 – 0,6 мм в горячей части и 1,2 – 2 мм в холодной, т.е. со стороны поступления холодного воздуха.



Рисунок 1.10 – Регенеративный воздухоподогреватель.

1 – ротор; 2 – кожух ротора; 3 – зубчатый венец ротора; 4 – уплотнительный сектор; 5 – кожух подогревателя; 6 – присоединительные короба; 7 – электродвигатель привода; 8 – редуктор привода; 9 – ведущая шестерня; 10 – уплотняющие пластины; 11 – направление движения дымовых газов; 12 – направление движения воздуха.



Выше и ниже ротора расположены по два неподвижных уплотнительных сектора, ширина которых несколько больше рабочих. Они служат для отделения полости ротора, заполненной дымовыми газами от воздушной полости. Для этой же цели на концах радиальных перегородок укрепляют гибкие уплотняющие пластины 10, вращающиеся вместе с ротором. В области уплотнительных секторов пластины скользят по выступу кожуха ротора и уплотнительным секторам. Ротор вращается со скоростью от 0,2 до 0,8 рад/с, чем создается попеременное смывание набивки дымовыми газами и воздухом. Набивка аккумулирует тепло во время омывания газами и передает его холодному воздуха при омывании воздухом.

Положительные стороны регенеративных воздухоподогревателей заключаются в следующем: невысокий удельный расход металла, сравнительно небольшие размеры, несложность устройств для очистки поверхности нагрева и, наконец, небольшая газовая коррозия. Последнее объясняется более высокой температурой стенки, значение которой чуть выше средней арифметической между температурой воздуха и газа, в то время как у трубчатых подогревателей локальная температура из-за перекрестного тока снижается до значений температуры воздуха. Кроме того, преимущество регенеративных подогревателей заключается еще в легкой замене набивки и в том, что коррозия ее не создает непосредственного сообщения между воздушными и газовыми полостями.

Отрицательные стороны регенеративных воздухоподогревателей: дороговизна изготовления и значительный переток воздуха в полость дымовых газов, достигающий 10 и даже 20% от общего количества воздуха. Для снижения перетока воздуха иногда применяют отсос его из полости уплотняющих секторов специальным вентилятором со сбросом в воздуховод до или после дутьевого вентилятора [3].

^ 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ


Лабораторная работа № 2.1


ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ

КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ АКАДЕМИИ.


2.1.1 Изучение устройства и работы водогрейного котла ТВГ – 8.


Устройство котла ТВГ – представлено на рисунках 2.1 и 1.2. Радиационная поверхность нагрева топки выполнена из 5-ти вертикальных топочных экранов 1 и одного потолочного 2, переходящего частично во фронтовой экран 17. Особенностью конструкции является наличие трёх двухсветных экранов, которые делят топку на четыре отсека. Каждый вертикальный топочный экран состоит из верхнего 18 и нижнего 19 коллектора диаметром 159х6мм, в которые вварены 40 вертикальных труб диаметром 51х2,5мм.

В газоходе 3 размещена конвективная поверхность нагрева, состоящая из 16 секций. Каждая секция представляет собой вертикальный стояк-коллектор, в который вварено 16 V-образных змеевиков из труб диаметром 28х3мм. Коллекторы всех поверхностей нагрева, за исключением верхнего коллектора потолочного экрана, находятся внутри котла.

Схема движения воды представлена на рисунке 2.3, вода из обратной линии сетевыми насосами подводится во входные коллекторы конвективной части 4, оттуда в стояки и по 64 параллельно подключенным змеевикам – в два выходных сборных коллектора 5. Затем подогретая вода проходит по первому пакету труб потолочного экрана в нижний коллектор 6, расположенный на фронтальной стенке, пройдя второй пакет труб потолочного экрана, поступает в верхний коллектор 7.

По перепускным трубам 8 и 9 одним потоком вода попадает в левый крайний вертикальный экран. Последовательно вода переходит из одного экрана в другой через верхний перепускной коллектор 18 и нижний перепускной коллектор 19, который защищен от излучения торкретом (огнеупорный кирпич). Пройдя последовательно все пять вертикальных экранов (в каждом по два хода), вода поступает в сборный коллектор 11. С целью получения необходимых скоростей воды, потолочный экран разбит на две последовательно подключенные группы по 16 труб в каждой, а вертикальные экраны – на две последовательно подключенные группы по 20 труб в каждом.

Для сжигания газа в топке котла установлены четыре подовые горелки 12 с прямой щелью, заканчивающиеся вверху внезапным расширением. Горелки устанавливаются между вертикальными топочными экранами. Продукты сгорания через проём в верхней части топки поступает в конвективную часть поверхности нагрева.

Воздух для горения подаётся дутьевым вентилятором к воздушному коллектору 13, от которого по отдельным отводам поступает под распределительную решётку 14, представляющую собой стальной лист толщиной 5мм с отверстием диаметром 12мм для прохода воздуха. Этим обеспечивается равномерное распределение воздуха по длине горелки.

Продукты сгорания поступают из топки в конвективный газоход через проём, в верхней части, над разделительной стенкой.

Для осмотра и ремонта на фронтальной стенке котла предусмотрены четыре лаза 15, которые закладываются без перевязки с основной стенкой. Отвод продуктов горения производится с помощью дымососа 16.





14







  1   2   3   4   5   6   7   8

Схожі:

Г. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011 iconГ. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011
Шевченко Г. Л., Перерва В. Я., Форись С. Н., Адаменко Д. С. Котельные установки промышленных предприятий: Учебное пособие. – Днепропетровск:...
Г. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011 iconМинистерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины
Гичёв Ю. А. Источники теплоснабжения промышленных предприятий. Часть І: Конспект лекций: Днепропетровск: нметАУ, 2011. – 52 с
Г. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011 iconМинистерство образования и науки, молодежи и спорта украины национальная металлургическая академия украины
Гичёв Ю. А. Источники теплоснабжения промышленных предприятий. Часть І: Конспект лекций: Днепропетровск: нметАУ, 2011. – 52 с
Г. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011 iconИнструкция по проектированию силового и осветительного электрооборудования промышленных предприятий
Поправки к «Инструкции по проектированию силового и осветительного электрооборудования промышленных предприятий» (сн 357-77)
Г. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011 iconЛекция 14
С начала 90-х годов tqm определяет концепцию менеджмента многочисленных предприятий Европы: классических промышленных предприятий,...
Г. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011 iconThe Cologne Re. Страхование промышленных и торговых предприятий от огня и дополнительных опасностей. Оценка степени риска
Страхование промышленных и торговых предприятий от огня и дополнительных опасностей
Г. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011 iconThe Cologne Re. Страхование промышленных и торговых предприятий от огня и дополнительных опасностей. Оценка степени риска
Страхование промышленных и торговых предприятий от огня и дополнительных опасностей
Г. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011 iconThe Cologne Re. Страхование промышленных и торговых предприятий от огня и дополнительных опасностей. Оценка степени риска
Страхование промышленных и торговых предприятий от огня и дополнительных опасностей
Г. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011 iconДоценко Г. О. Сумской национальный аграрный университет, Украина
Целью статьи является определение причин диверсификации, ее привлекательности для промышленных предприятий, а также перспективы развития...
Г. Л. Шевченко, В. Я. Перерва, С. Н. Форись, Д. С. Адаменко котельные установки промышленных предприятий днепропетровск нметау 2011 iconМинистерство образования и науки
Гичёв Ю. А. Тепловые электростанции: Часть І: Конспект лекций: Днепропетровск: нметАУ, 2011. – 45 с
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи