Котельный агрегат

Реферат

 

Пояснительная записка 30 с., 5 рис., 2 табл., 1 график, 2 источника.

 

ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, ТОПКА, КОНДЕНСАТОР, КПД БРУТТО, РАСХОД ТОПЛИВА, ЭНТАЛЬПИЯ, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ, ЦИКЛ РЕНКИНА

 

Целью расчета является определение  основных показателей работы котельного агрегата, отражающих экономичность  его эксплуатации при заданных условиях, а также термодинамическую эффективность  паротурбинной установки в целом.

Произведены тепловой и конструктивный расчеты котла. В первом разделе  были приведены характеристика и  состав паротурбинной установки.  Во втором разделе проведены расчеты  теоретического и действительного  объёма воздуха  в топке, вычисления  полного объёма уходящих дымовых  газов и объёма избыточного воздуха, энтальпии продуктов сгорания и  температуры горения топлива, рассчитан тепловой баланс, КПД Брутто и расход топлива. В третьем разделе рассчитан теплообменный аппарат – конденсатор. В заключительном разделе рассчитан термический КПД цикла Ренкина и удельный расход пара.

Графическая часть включает:

− схемы паротурбинной  и котельной установок;

− цикл Ренкина в T, s координатах;

− схему теплообменного аппарата – 1 лист А2.

 

 

 

Содержание

       

Введение……………………………………………………………………...……………5

1 Исходные данные, характеристика и состав паротурбинной

установки………………………………………………………………….........................6

1. Исходные данные для расчета ПТУ………………………………………………....6

1.2 Схема паротурбинной и котельной установок..………………………………........ 7

2 Расчет процесса горения, КПД брутто и расхода топлива…...……………………..11

2.1 Расчет объемов воздуха и продуктов горания………………………......................11

2.2Расчет энтальпий воздуха,  продуктов сгорания и температуры  горения топлива…………………………………………………………………….……………...12

2.3 Расчет теплового баланса, коэффициента полезного действия и расхода топлива…………………………………………………………………….……………...15

3 Расчет теплообменного аппарата……………………………………………………..18

4  Термический КПД цикла  Ренкина и удельный расход пара………….…………....26

4.1 Описание процессов  цикла Ренкина ………………………………….……………26

4.2 Построение цикла Ренкина………………………………………….……………....26

4.3 Вычисление термического  КПД и удельный расход пара  ………………………..27

Заключение…………………………………………………………………………….....29

Список используемой литературы……………………………………………………...30

Приложение А. Спецификация…………………………………………………………...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

       Водяной  пар является одним из наиболее  распространенных теплоносителей  и рабочих тел на промышленных  предприятиях и в энергетике, непосредственно использующих теплоту   в технологических процессах   или преобразующих ее в механическую  работу. Для его получения применяются  паровые котельные агрегаты, основным  элементом которых является котел  с топкой и поверхностями нагрева,  где сжигается  топливо и  выделившаяся теплота передается  рабочему телу. Котельные установки  включают также системы топливоприготовления и удаления продуктов сгорания. Они могут существенно различаться в зависимости от вида используемого топлива и газовоздушного тракта котла.

       В состав  парового котла входят тепловоспринимающие  поверхности нагрева: топочный экран, пароперегреватель, экономайзер и воздухоподогреватель. От правильного выбора этих устройств зависят технико-экономические показатели работы котла. Эксплуатируемые котлы на промышленных предприятиях часто имеют более высокую производительность по сравнению с требуемой для технологических и вспомогательных нужд. В этом случае целесообразно использовать имеющийся потенциал пара для производства электрической энергии на базе паротурбинной установки (ПТУ), работающей по циклу Ренкина. Развитие данного направления предусмотрено Программой энергосбережения Республики Беларусь с внедрением мини-ТЭЦ на базе существующих котельных.

 

 

1 Исходные данные, характеристика и состав паротурбинной

установки

1.1 Исходные данные для расчета ПТУ

Исходные данные для расчета ПТУ приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Исходные данные для расчета ПТУ

Величина, размерность	Обозначение	Значение
Вид топлива	Экибастузский уголь СС	–
Присосы воздуха в отдельных  поверхностях нагрева	Δα	0,26
Паропроизводительность котла, т/ч	D	90
Температура уходящих газов, °С	tух	190
Давление перегретого  пара, МПа	рпп	7,0
Температура перегретого  пара, °С	tпп	420
Температура питательной  воды, °С	tпв	190
Давление, кПа	p2	4,5
Диаметры труб, мм	d2/d1	20/18
Скорость воды, м/с	wж	1,1
Температура воды, °С	t′ж	17
Коэффициент избытка воздуха		1,3
Коэффициент уноса золы	αун	15
Химический недожог, %	q3	0,1
Механический недожог, %	q4	7,0
Низшая теплота сгорания, МДж/кг	Qнр	16,7

 

Элементарный состав рабочей  массы: , , , , , , , .

Коэффициент избытка воздуха  за каждой поверхностью нагрева после  топочной камеры подсчитывается прибавлением к  присосов воздуха. Таким образом, на выходе из парогенератора:

                                                                                          (1.1)

 

где α_т – коэффициент избытка воздуха, – дано по условию, 6 из таблицы 1.1.

 

 

 

 

     1.2 Схема паротурбинной и котельной установок

 

В энергетике Беларуси ведущее  положение занимает тепловые электрические  станции и теплоэлектроцентрали. Основным типом двигателей, приводящих во вращение электрогенераторы на таких  объектах, являются паровые турбины.

Принципиальная схема  простейшей ПТУ с регенерацией теплоты  изображена на рисунке 1.1.

1– котельный агрегат; 2 – турбина; 3 – электрогенератор; 4 – конденсатор;          5 – конденсатный насос; 6 – подогреватель низкого давления (ПНД); 7 – деаэратор;    8 – питательный насос; 9 – подогреватель высокого давления (ПВД)

Рисунок 1.1 – Принципиальная схема паротурбинной установки

 

Перегретый пар из котельного агрегата (1), где он получил тепло от сгорания топлива, поступает в турбину (2) и, расширяясь в ней, совершает механическую работу, вращая ротор электрогенератора (3). После выхода из турбины, пар поступает в конденсатор (4), где происходит его конденсация. Конденсат отработавшего в турбине пара при помощи конденсатного насоса (5) проходит через подогреватель низкого давления (ПНД) (6) в деаэратор (7). Из деаэратора питательный насос (8) подаёт воду через подогреватель высокого давления (ПВД) (9) в котельный агрегат.

Подогреватели (6) и (9) и деаэратор (7) образуют систему регенеративного  подогрева питательной воды, которая  использует пар из нерегулируемых отборов  паровой турбины.

 Основной задачей теплоэнергетики  является совершенствование таких  тепловых двигателей, повышение  их эффективности путем экономичного  сжигания топлива, выбора оптимальных  поверхностей нагрева (теплообменных  аппаратов), освоения оптимальных термодинамических  циклов, использования рациональных тепловых схем и наивыгоднейших параметров состояния рабочего тела.

 Рабочим телом в  ПТУ является водяной пар. Вода  и водяной пар обладают рядом  положительных качеств и, кроме  того, вода повсеместно распространена  и имеет небольшую стоимость.  Однако использование водяного  пара в качестве рабочего тела  в ПТУ имеет и свои недостатки.

В состав ПТУ входит котел, схема которого представлена на рисунке 1.2

 

1 – верхний барабан; 2 – подвод питательной воды; 3 –  трубы подвода питательной воды; 4 – сепаратор; 5 – непрерывная  продувка; 6 – пучок кипятильных  труб; 7 – нижний барабан; 8 – периодическая  продувка; 9 – труба периодической  продувки нижнего барабана; 10 – фундамент; 11 – колосниковая решетка; 12 – пневмомеханический забрасыватель.

 

Рисунок 1.2 – Схема многотопливного  двухбарабанного водотрубного парового котла с естественной циркуляцией.

 

Котел состоит из верхнего (1) и нижнего (7) барабанов, соединенных пучком кипятильных труб (6). От верхнего барабана в передней части вдоль боковых стенок топки отходят два ряда труб, которые вместе с верхним барабаном и колосниковой решеткой (11) образуют топочную камеру. Эти ряды труб называют боковыми экранами, поскольку они предохраняют боковые стены от перегрева. Роль заднего экрана играет первый ряд труб пучка (6). Внизу экраны и трубы подсоединяются к коллекторным трубам, которые в свою очередь соединяются с нижним барабаном, кроме того, коллекторные трубы соединяются с верхним барабаном опускными трубами. Котел устанавливается на фундамент (10), обкладывается обмуровкой. Движение газов в котле горизонтальное, с поперечным обтеканием поперечных пучков. Обычно температура газов на выходе из топочной камеры 1000°С. По мере движения по конвективным пучкам газ охлаждается до 350 °С. Наиболее интенсивный процесс парообразования происходит в экранных трубах и трубах первого пучка, в которых происходит восходящее движение пароводяной смеси. Роль опускных труб для кипящих пучков играют последние ряды труб второго пучка, где температура газа низкая и, следовательно, низкая интенсивность парообразования. Пар отбирается из верхнего барабана через сепарационное устройство (4).

Питательная вода поступает  в верхний барабан по питательным  трубам (3). В процессе работы в нижнем барабане накапливается осадок твердых частиц (шлам), который периодически удаляется через продувочную трубу (9). Котел оснащается контрольными и предохранительными приборами: манометром, указателям уровня, предохранительным клапаном, устанавливаемым на верхнем барабане.

Охлажденные в котле газы поступают в экономайзер или  воздухоподогреватель, которые устанавливаются  непосредственно за котлом, образуя  общий с котлом газовый тракт .

 

Схема слоевой топки представлена на рисунке 1.3.

 

1– воронка; 2 – плунжер; 3 – регулирующая плита; 4 – ротор; 5 – чугунный короб; 6 – сопла; 7 – боковые сопла;   

Рисунок 1.3 – Топка с пневмомеханическим забрасывателем типа ПМЗ и колосниковой решеткой типа РПК

Заброс топлива осуществляется механическим лопастным ротором  (4). Для того чтобы улучшить равномерность распределения топлива по поверхности решетки, в топку из чугунного короба (5) через особые сопла (6) подается дутьевым вентилятором струя воздуха. Кроме того, некоторое количество воздуха подается через боковые сопла (7). Ротор (4) приводится во вращение от электродвигателя через клиноременный вариатор; число оборотов ротора можно изменить в пределах 400 – 740 в минуту.

Уголь из воронки (1) плунжером (2) сталкивается небольшими порциями на ротор и лопастями его забрасывается в топку. Равномерность распределения топлива по длине решетки достигается изменением числа оборотов ротора, положения регулирующей плиты (3) и скорости воздуха, выходящего из сопл (6).

Решетка типа РПК состоит  из колосников, набранных в несколько рядов и насаженных на валы прямоугольного сечения. При повороте валов на некоторый угол (до 30° в каждую сторону) ряды колосников наклоняются под тем же углом к горизонту и через образовавшиеся между ними просветы шлак с решетки просыпается в шлаковую воронку. Валы приводят в действие через рычагии тягу от ручного или парового привода. Решетки этого типа выполняют одно-, двух-, трех- и четырехсекционными шириной от 900 до 3600 и длиной от 915 до 3660 мм для установки как в топках с ручной загрузкой, так и в топках с механизированной подачей топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет процесса  горения, КПД брутто и расхода  топлива

2.1 Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания

Согласно заданию из таблицы  В1 [1] выбираем элементарный состав топлива.

Теоретический объем воздуха (м³/кг), необходимый для полного сгорания 1 кг жидкого топлива, определяется по формуле:

 

.                     (2.1)

 

 

 м³/кг

 

Действительное количество воздуха при сгорании находим  по формуле:

 

                                                 ,                                                     (2.2)

 

где  теоретический объем воздуха (м³/кг), необходимый для полного сгорания 1 кг твердого топлива;

 – коэффициент  избытка воздуха в топке, берем  из исходных данных.

 

  м³/кг.

 

Полный объем уходящих дымовых газов состоит из объемов  продуктов сгорания и объема избыточного  воздуха: