Проверечный расчет котла БКЗ 75-39

Для сжигания АШ выполнена модификация котла ЬКЗ-75–39ФБ жш с жидким шлакоудалением. В этом случае для устойчивого сжигания АШ холодная воронка топки полностью утепляется, т.е. нижняя часть топки выполняется из трубы диаметром 60 мм и толщиной стенки 4 мм, шипуется и покрывается хромитовой массой, а скаты холодной воронки закрываются кирпичной кладкой. Топочная камера оборудуется четырьмя пылеугольными горелки, распложенными по две боковых стенах топки.

Схема испарения – трехступенчатая, рассчитана на питательную воду с солесодержанием плотного остатка до 350 мг/л.

Барабан котла внутренним диаметром 1500 мм и толщиной стенки 36 мм выполнен из стекла 16ГС. В барабане имеется чистый отсек первой ступени испарения и два соленых отсека первой ступени испарения и два соленых отсека второй ступени испарения по торцам барабана, оборудования внутрибарабанными циклонами. Третья ступень испарения включает два выносных циклона диаметром 337 мм. Пар из циклонов поступает в барабан.

Пароперегреватель – конвекционный, вертикального типа, с коридорным расположением труб диаметром 38 мм и толщиной 3 мм выполнен из двух блоков, расположенных поворотом газоходе между топкой и опускным газоходом. Температура перегрева регулируется поверхности пароохладителем, расположенным в рассечке пароперегревателя.

Водяной экономайзер – кипящего типа, гладкотрубный, змеевиковый, выполнен из труб диаметром 32 мм и толщиной стенки 3 мм. Состоит из трех блоков, распложенных в опускном газоходе котла.

Трубчатый воздухоподогреватель – вертикального типа, выполнен из труб диаметром 40 мм и толщиной стенки 1,5 мм имеет четыре хода по воздушной стороне. Состоит из трех блоков.

При необходимости котлоагрегат может быть оборудован устройством для дробовой очистки поверхности нагрева водяного экономайзера и воздухоподогревателя, а так же защитой от дробового наклепа.

Каркас котла – металлический, сварной конструкции, с обшивкой. Обмуровка – трехслойная, выполнена виде плит облегченного типа, закрепляемых на каркасе котла. Толщина обмуровки 265 мм, в местах, не закрытых трубами, – 320 мм.

Котлоагрегат поставляется крупными транспортабельными блоками.

1.2 Техническая характеристика котла

Таблица 1.1 – Техническая характеристика котла типа БКЗ-75–39ФБНаименование              Обозначение

1. Паропроизводительность, т/ч              75

2. Давление пара, на выходе из котла МПа (кгс/см2)              40

3. Температура, 0С             

перегретого пара              440

питательной воды              145

уходящих газов              131

4. Расчетный к.п.д. %              89,3

5. Габаритные размеры, мм             

Верхняя отметка              24535

Ширина по осям колони              7430

Глубина по осям колони              11120

6. Все металла котла в объеме поставки завода.              340

1.3 Характеристика топлива

Принято твердое органическое топливо по степени углефикации исходного органического материала делят на древесину, торф, бурый уголь, каменный уголь и антрацит

Марки угля различают по выходу летучих и характеру летучего остатка. Характеристики угля в пределах одних и тех же марок определяются для каждого угольного бассейна отдельно.

Петрографический состав угля. Уголь по своей природе является веществом, неоднородным по цвету, блеску, твердости, пористости и другим параметрам

Твердое топливо способно удерживать в своем объеме определенное количество влаги в результате химического и физико-химического гетерогенного взаимодействия с веществом угля. Влагу общую W\, удерживаемую веществом угля, условно делят на внешнюю Wcx и гидратную Wm. К внешней влаге относят влагу, попавшую в массу угля в пласте, а также влагу, попавшую при добыче, хранении и транспортировке топлива за счет грунтовых вод и из атмосферного воздуха (свободная влага); сортированную влагу и заполняющую капилляры и открытые поры массы угольного вещества (связанная влага). Внешняя влага легко удаляется из угля механическими средствами и термической сушкой при температуре до 105 °С. К гидратной влаге относят влагу, входящую в состав кристаллогидратов минеральных примесей топлива, и коллоидную влагу, являющуюся составной частью угольного вещества. Гидратная влага выводится из топлива для большинства кристаллогидратов при температурах 150–200 °С, а при кратковременном пребывании в высокотемпературной среде полное выделение гидратной влаги происходит при температурах среды свыше 600 °С. Гидратная влага составляет лишь несколько процентов от общего содержания воды в топливе. При увеличении зольности топлива доля гидратной влаги растет.

Твердое органическое топливо является термически нестойким веществом, которое при нагревании разлагается, в результате чего происходит деструкция (распад) термически нестойких сложных углеводородсодержащих соединений массы топлива с выделением горючих (водорода, углеводородов, окиси углерода) и негорючих (углекислоты и водяных паров) газов. Для получения углевой пыли, уголь измельчается в шаровых мельницах.

1.4  Топочное устройство

На агрегате большой производительности устанавливают мощные одно и двух улиточные, лопаточные и улиточно-лопаточные пылеугольные круглые горелки. При любой конструкции круглой горелки потоки пылевоздушной смеси и вторичного воздуха закручиваются в одном направлении. В горелке ОРГРЭС (см. рис. 4.12, а), вторичный воздух, получивший вращение в улиточном устройстве, встречаясь с пылевоздушной смесью, увлекает ее. В горелках ТКЗ, ЗИО и ЦКТИ (см. рис. 4.12, б, в) оба потока закручиваются вследствие улиточного или лопаточного подвода. Потоки образуют в топке два концентрически расходящихся усеченных конуса, как бы опирающихся малыми основаниями на кольцевые выходы из горелки (рис. 4.13). Внутри образуется конус пылевоздушной смеси, снаружи к нему примыкает конусообразный поток вторичного воздуха. По мере движения в топке оба потока проникают один в другой, перемешиваются, увлекая за собой топочные газы. Чем больше горячих топочных газов вовлекается в этот процесс, тем быстрее воспламеняется и сгорает топливо. Для увеличения угла раскрытия факела мощные горелки имеют коническую выходную насадку. С этой же целью выходящую часть амбразуры часто также выполняют конической, расширяющейся к устью. При этом достигается лучшее сочетание форм развития факела и амбразуры, увеличивается поверхность контакта факела, ускоряется воспламенение топлива.

На полноту сгорания топлива сильное влияние оказывают скорости вдувания в топку первичной смеси и вторичного воздуха. При малой скорости первичной смеси возможны выпадение из потока крупных частиц топлива и обгорание выходных патрубков горелки. Слишком большая скорость первичной смеси ухудшает условия воспламенения и увеличивает длину факела, i Скорость вторичного воздуха так же, как и первичного, выбирается в зависимости от выхода летучих w\ – 12 – 25 м/с, 12) 2=18–4–30 м/с. Круглые горелки универсальны и применимы для любого твердого топлива, но наибольшее распространение они получили для топлива с малым выходом летучих. Единичная мощность круглых горелок достигает 14 т/ч (по углю АШ).

Рис. 4.12. Схема различных круглых пылеугольных

горелка с лопаточным аппаратом

1-ствол для аэропыли; 2 – улитка первичного воздуха;

3 – улитка вторичного воздуха; 4 – рассекатель;

5 – порог; 6 – амбразура; 7 – лопаточный аппарат;

8 – мазутная форсунка; 9 – подвод воздуха к мазутной

форсунке; I – подвод пылевоздушной смеси;

II – подвод вторичного воздуха

1.5 Сепаратор пыли

Сепараторы применяются для выделения из патока пыли крупных частиц и возврата их в мельницу на домол. В зависимости от конструктивного выполнения – они бывают центробежные, гравитационные и инерционные.

Центробежные сепараторы применяются в системах с шаровыми мельницами, реже с быстроходными и среднеходными.

Центробежные смесь поступает во входной патрубок со скоростью 15–22 м/с. В сепараторе скорость падает до 2–6 м/с, а результате чего выпадают наиболее крупных частицы и по патрубок поступают обратно на домол в мельницу. Далее пылевоздушная смесь приходит по кольцевому каналу вверх и через окна поступает во внутренний конус. В окнах пыль закручивается благодаря направленности, созданной поворотными лопатками. В результате центробежных сил теряется скорость. Крупных частицы выпадают из потока и по патрубку поступают на домол. Готовая кондиционная пыль по выходной трубе направляется в пылесистему.

Гравитационные сепараторы представляет собой прямоугольную вертикальную шахту 2 из листов стали высотой от 4 до 8 м и более. Отделения крупных частиц осуществляется в шахте под действием сил тяжести. Количества воздуха, подаваемого в шахту, определяется расчетом. По расходу сушильной среды и скорости рассчитывается площадь сечения сепаратора. Размолотое топливо с сушильной средой выбрасывается билами в шахту, часть пылевоздушной среды подсасывается за счет подсоса воздуха ротором молотковой мельницы вдоль противоположной стенки обратно в мельницу.

Инерционные сепараторы применяются с молотковыми мельницами при работе на бурных углях и сланцах с тонкостью пыли R90 › 40%, а также на фрезерном торфе. На показано конструкция инерционного сепаратора. Пылевоздушная смесь поступает из мельницы вверх и после двойного поворота выходит через выходной патрубок, а крупные частицы возвращаются обратно в мельницу. Тонкость помола пыли регулируется специальными шибером. Скорость в канале применяется 4,5–7,5 м/с, в наибольшем сечении сепаратора 2–3 м/с, воздуха входном патрубке 12–18 м/с.

2. Специальная часть

2.1 Исходные данные

Тип котла – БКЗ-75–39

Тип топки – ТЛЗМ-2700/3000

Паропроизводительность номинальная – 75т/ч

Давление насыщенного пара в барабане котла – 3,9мПа

Температура питательной воды – 1450С

Топливо – Итатское (каменные уголь)

Хвостовые поверхности нагрева – В/Э, ВЗП

Температура уходящих газов – 141

Расчётные характеристики топлива

По табл. 4.1 для Итатское каменное угля

Wр = 40,5% Aр =6,8% Sрор + к = 0,4% Cр=36,2%

Hр =2,6% Nр = 0,4% Oр =12,7%

Qрн =12,820 Vг =48,0

Характеристики плавкости золы: t1 = 1200

t2 =1220

t3 =1240

Приведённая зольность:

Aп = 10³ ·Aр/Qрн =103*6,8/12820=0,53 (2.1)

Приведённая влажность:

Wп = 10³ · Wр/ Qрн =103*40,5/12820=3,91 (2.2)

Приведённая сернистость:

Sп = 10³ · Sрор + к / Qрн =103*0,4/12820=0,031 (2.3)

Расчётные характеристики топки

По табл. 5.1. для топки ……ТЛЗМ-2700/3000……………….:

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки – αт =1,2

Тепловое напряжение площади зеркала горения – qR =1200/1300кВт/м2

Тепловое напряжение объёма топки – qV =180кВт/м3

Потеря теплоты от химической неполноты сгорания – q3 =0,5

Потеря теплоты от механической неполноты сгорания –

q4 =1

Для золы топлива, уносимая газами – αун =0,95

Коэффициенты избытка воздуха в газовом тракте установки

Присосы воздуха в отдельных элементах котельной установки согласно табл. 5.4.:

В конвективном пучке – Δαкп =0,1

В чугунном водяном экономайзере – Δαэ =0,1

В золоуловителе – Δαзу =0,05

В стальных газопроводах длиной L≈10 м – Δαг =0,01

Коэффициенты избытка воздуха:

За котлом (перед экономайзером) – αк = α'э = αт + Δαкп =1,3 (2.4)

За экономайзером – α«э = α'э + Δαэ =1,4 (2.5)

Перед дымососом – αg = α«э + Δαзу + Δαг =1,46 (2.6)

2.2 Объёмы воздуха и продуктов сгорания

Топливо – Итатское угол.

Теоретический объём воздуха: объём воздуха (V0, м3/кг), необходимый для полного сгорания 1 килограмма твердого или жидкого топлива заданного состава определяются по уравнению:

V0= 0,0889 (Ср+ 0,375Spор+к)+ 0,265Нр – 0,0333Ор (2.7)

Теоретические объемы продуктов сгорания (при α=I) при сжигании жидких топлив (Vi0, м3/кг) рассчитывается по соотношениям:

а) объем азота

VN20= 0,79 V0+ 0,008Np; (2.8)

б) объем трехатомных газов

(2.9)

в) объем водяных паров

V0H2O=0,111Hp+ 0,0124W+ 0,0161 V0 (2.10)

Объёмные доли трёхатомных газов и водяных паров, равные их парциальным давлениям при общем давлении 0,1 Мпа, вычисляются по соотношениям:

(2.11)

(2.12)

(2.13)

Средняя плотность продуктов сгорания(pr, кг/м3) определяется как:

(2.14)

Где масса газов(Gr, кг/кг или кг/м3) при сжигании жидких топлив находится из выражения:

Gr= 1 – 0,01· Ар+ 1,306· α· V0. (2.15)

Vо = 0,0889 (Cр + 0,375 · Sрор + к) + 0,265 · Hр – 0,0333 · Oр = 0,889 (36,6+0,375*0,4)+0,265*2,6–0,0333*12,7=3,57 (2.16)

Теоретический объём азота:

VоN2 = 0,79 · Vо + 0,008 · Nр =0,79*3,53+0,008*0,4=2,793 (2.17)

Объём трёхатомных газов:

VRO2 = 1,866 ·(Cр + 0,375 · Sрор + к /100) =1,866*=0,69 (2.18)

Теоретический объём водяных паров:

VоH2O = 0,111 · Hр + 0,0124 · Wр + 0,0161 · Vо =0,111*2,6+0,0124*40,5+0,0161*3,5=0,848 (2.10)

Таблица 1.1Высчитываемая величина              Размерность              Коэффициент избытка воздуха

αт=1,2             

αк=α'э=1,3             

α«э=1,4             

αg=1,46

Vн2о=V0н2о+0,0161 (α-1)· V0             

м3/кг              0,859              0,865              0,870              0,874

Vr=VRO2+V0N2+V0H2O+1,0161·(α-1) V0             

,              5,045              5,404              5,783              5,978

ЧRO2 = VRO2 / Vг              -              0,136              0,128              0,119              0,115

ЧH2O = VH2O / Vг              -              0,170              0,160              0,150              0,146

Ч п= ЧRO2+ Ч Н2О              -              0,306              0,288              0,269              0,261

Gг =1–0,01·Ар+1,306·α·V0              кг/кг              6,464              6,925              7,386              7,662

ρг = Gг / Vг             

кг/м3              1,281              1,282              1,284              1,286

2.3 Расчёт энтальпий воздуха и продуктов сгорания

Энтальпия представляет собой теплосодержание единицы объема топлива, при определённой температуре.

Энтальпия полного объёма газообразных продуктов сгорания.

I r= I0r+I ∆Vв + I ∆ H2O (2.20)

В твёрдом топливе, в продуктах горения присутствуют частицы золы, которые тоже обладают энтальпией.

I r =I0r +I ∆в + I ∆ H2O+ IЗЛ (2.21)

Энтальпия есть производственной теплоёмкости, тогда энтальпия теоретического объёма газа.

I0r=VRO2(СU)RO2+V0N2·(CU) N2+ V0H2O (СU) H2O (2.22)

Энтальпия избытка количества воздуха.

I ∆в = (α-1) V0·(CU) в (2.23)

Таблица 1.2. Энтальпии дымовых газов

υ, оC             

VRO2 =0,69

VоN2 =2,79

VоH2O =0,84             

Jог,

кДж/кг             

Vо =

3,53

м³/кг             

JоB,

кДж/кг             

Jг = Jог + (α – 1) JоB             

αт =1,2             

αк = α'э =1,3             

α«э =1,4             

αg =1,46             

(Cυ)CO2             

(Cυ)N2             

(Cυ)H2O             

(Cυ)B             

100              169              130              151              606              132              465              699              745              792              819             

200              357              260              304              1227              266              938              1414              1502              1602              1658