Определение эксплуатационных параметров котельной установки Е-500

Содержание

	

		Задание

		Исходные данные

		Описание котельного агрегата

			1.	Определение расхода топлива по нормативным значениям топлива

			2.	Определение расхода топлива по измененным значениям топлива

			3.	Определение типоразмера мельницы

			4.	Построение рассевочной кривой

			5.	Определение расхода сушильного агента при нормативных и измененных значениях топлива

			5.	Определение удельного расхода электроэнергии на размол топлива

		Список литературы

	


Задание



В соответствии с нормативными значениями топлива определить расход топлива на котел.

Определить расход топлива на котел при изменении зольности и влажности, зольность увеличивается на 2%, влажность увеличивается на 3%.

Определить типоразмер мельницы по расходу топлива.

Построить по заданным остаткам R90, R200 рассевочную кривую.

По заданной влажности пыли определить расход сушильного агента при нормативных значениях и при измененных.

Определить удельный расход электроэнергии на размол мельницы.




Исходные данные



Топливо: Боготольский уголь;

Котел: Е-500-140;

Влажность пыли Wпл = 13%;

Мельница: МВ;

Остатки на ситах: R90 = 60%, R200 = 24%;

Температуры сушильного агента: t1 = 220 °C, t2 = 90 °C;

Температура холодного воздуха: 30 °C;

Температура топлива: 20 °C.

Характеристики топлива [1]:

состав топлива на рабочую массу: влажность , зольность , содержание углерода , содержание кислорода , содержание водорода , содержание азота , содержание серы ;

низшая теплота сгорания МДж/кг;

зольность на сухую массу ;

влажность гигроскопическая ;

приведенные значения: влажности %∙(МДж/кг), зольности %∙(МДж/кг);

выход летучих ;

температуры плавкости золы: температура начала деформации °С, температура начала размягчения °С, температура плавления °С, температура начала шлакования °С;

состав золы на бессульфатную массу: SiO2 = 37 %, Al2O3 = 13 %, TiO2 = - %, Fe2O3 = 15 %, СаO = 28%, MgO = 5 %, K2O = 1 %, Na2O = 1 %;

объемы воздуха и продуктов сгорания при , температуре 0 °С и давлении 760 мм рт. ст. (таблица XII [1]): количество сухого воздуха  5,10 мі/кг, объем трехатомных газов  0,97 мі/кг, объем азота 4,03 мі/кг, объем водяных паров  0,78 мі/кг, объем сухих газов  5,78 мі/кг;

энтальпии 1 м3 влажного воздуха  кДж/м3, трехатомных газов  кДж/м3, азота  кДж/м3, водяных паров  кДж/м3 и 1 кг золы  кДж/кг определяются по табл. XIV [1] при температуре уходящих газов 171 °С.




Описание котельного агрегата



Котел блочной конструкции предназначен для работы на каменном и буром угле, фрезерном торфе, номинальной производительностью по пару 75 т/ч. Давление за главной парозапорной задвижкой 3,9 МПа, температура перегрева 440 °С.

Котел с естественной циркуляцией, однобарабанный, П - образной компоновки (см. рис. 1). Основными элементами котла являются полностью экранированная топочная камера объемом 454 м3. Фронтовой и задний экраны образуют скаты «холодной воронки». На выходе из топки трубы заднего экрана разведены в четырехрядный, шахматный пучок – фестон, отделяющий топочную камеру от газохода пароперегревателя.

При сжигании каменного угля топочная камера оборудуется тремя турбулентными горелками, а при сжигании бурых углей и фрезерного торфа – двумя шахтными мельницами. Пылеугольные горелки и мельницы располагаются на фронтовой стене. На каждой стене экраны секционированы на три независимых циркуляционных контура. Экранные трубы расположены с шагом 75 мм на задней стене топки и на одной трети части боковых стен, примыкающей к задней стене. На фронтовой и остальной части боковых стен шаг экранных труб составляет 90 мм.

Пароперегреватель конвективный, вертикально-змеевикового типа, двухступенчатый, с поверхностным регулятором перегрева, включенным в рассечку между ступенями. Первая по ходу пара и газа часть пароперегревателя с поверхностью нагрева 220 м2 при сжигании различных марок топлива остается неизменной. Поверхность нагрева второй ступени в зависимости от вида топлива изменяется в пределах 220-400 м2. Змеевики пароперегревателя изготовлены из труб диаметром 38 х 3. Вторая ступень пароперегревателя по ширине котла состоит из трех пакетов. Пар из пароохладителя поступает в крайние противоточные секции пароперегревателя, а затем переходит в среднюю - прямоточную. Выходная часть змеевиков пароперегревателя, выполнена из низколегированной стали 12ХМ, а остальные трубы изготовлены из углеродистой стали.

В опускной шахте котла в рассечку расположены конвективные поверхности нагрева – водяной экономайзер и воздухоподогреватель, - двухступенчатая компоновка хвостовых поверхностей нагрева. В зависимости от вида сжигаемого топлива поверхности нагрева водяного экономайзера и воздухоподогревателя могут быть различными по величине. Пакеты змеевиков экономайзера выполнены из стальных труб диаметром 32 х 3 мм.

Водяной экономайзер – кипящего типа, гладкотрубный, скомпонован из двухзаходных змеевиков, расположенных в шахматном порядке с шагом S1 = 80 мм, S2 = 55 мм в первой ступени и S1 = 100 мм, S2 = 55 мм во второй ступени водяного экономайзера.

Воздухоподогреватель трубчатый, вертикального типа, изготовлен из труб диаметром 40 х 1,5 мм с шагами в первой ступени S1/ S2 = 70/40 мм, во второй S1 /S2 = 60/42 мм.

Схема испарения котла – трехступенчатая, рассчитана на питание водой с солесодержанием до 350 мг/л.

Топочные экраны разделены на отдельные контуры циркуляции, которые вместе с барабаном котла образуют циркуляционную систему.

В барабане имеется чистый отсек – первая ступень испарения и два соленых отсека второй ступени испарения, расположенные по торцам барабана. Первая и вторая ступени оборудованы внутрибарабанными циклонами. Третья ступень испарения - два выносных циклона диаметром 337 мм. Пар из циклонов поступает в чистый отсек барабана. Фронтовой и задний экраны включены в первую ступень испарения. Два контура боковых экранов и часть третьего, прилежащего к заднему экрану, включены во вторую ступень испарения. Часть труб контура бокового экрана, прилежащего к заднему экрану, включены в третью ступень испарения на выносные циклоны.

Обмуровка топки выполнена из трехслойных плит с металлическим армированием: шамотобетон толщиной 80 мм, диатомобетон толщиной 60 мм и шлаковата толщиной 120 мм. Теплоизоляционные плиты из шлаковаты в области пароперегревателя имеют толщину 160 мм. Каркас котла представляет собой пространственную раму с колоннами до пола зольного помещения.

Котлоагрегат оборудован устройством дробеочистки поверхностей нагрева водяного экономайзера и воздухоподогревателя, а также защитой от дробевого наклепа. Очистка экранов топки и пароперегревателя производится стационарными обдувочными устройствами.

Общие характеристики котлоагрегата [2] приведены в табл. 1.



Таблица 1

Общие характеристики котлоагрегата БКЗ-75-39 ФБ

Наименование характеристики

Значение

Номинальная производительность, т/ч

75

Избыточное давление пара, кгс/см2

39

Температура, °С:



 перегретого пара

440

 питательной воды

145

 воздуха на выходе из воздухоподогревателя

317

Площадь поверхности нагрева, м2:



 радиационная экранов и фестона

296

 котельного пучка

62

 пароперегревателя 

620

 водяного экономайзера

940

 воздухоподогревателя 

3900

Наименование характеристики

Значение

Диаметр и толщина стенок, мм:



 барабана котла

1580 х 40

 труб экрана и фестона

60 х 3

 труб пароперегревателя

38 х 3

 труб водяного экономайзера

32 х 3

 труб воздухоподогревателя

40 х 1,5

Расчетное топливо

Бурые угли

Теплонапряжение объема топки, кВт/м3

130

Объем топочного пространства, м3

454

Температура уходящих газов, °С

125

Расчетный КПД, %

84

Газовое сопротивление котла, Па

1090

Габаритные размеры (в осях колонн), мм:



 длина

11200

 ширина

7430

 высота

24540

Масса, т:



 металла котла

340

 обмуровки

304

 общая

644





Рис. 1. Котлоагрегат БКЗ-75-39 ФБ




Определение расхода топлива по нормативным значениям топлива



Энтальпия уходящих газов определяется по формуле

 кДж/кг,

где  кДж/м3 – энтальпия газов при избытке воздуха ;

 – фактический коэффициент избытка воздуха на выходе из котла;

 кДж/м3 – энтальпия воздуха при избытке воздуха ;

кДж/м3 – энтальпия золы;

 – доля золы, уносимой газами;

кДж/кг – энтальпия холодного воздуха.



Таблица 2

Тепловой баланс парового котла

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Результат

Тип котлоагрегата

Е-500-140

Вид сжигаемого топлива

бурый уголь Боготульского месторождения

Располагаемая теплота топлива



кДж/кг

Принимается равной низшей теплоте сгорания топлива

11810

Температура уходящих газов

tух

°С

принимается

171

Энтальпия

Iух

кДж/кг

-



Температура холодного воздуха

tхв

°С

принимается

30

Энтальпия



кДж/кг

-

201,96

Фактический коэффициент избытка воздуха на выходе из котла





Характеристика котла

1,33

Потери теплоты:

с уходящими газами

q2

%





от хим. недожога

q3

%

[1]

0

от мех. недожога

q4

%

[1]

1

Потери теплоты:

в окружающую среду

q5

%

[1]

0,4

Доля золы топлива:









в уносе



–

[1]

0,95

в шлаке



–

1 – 

1 - 0,95 = 0,05

0,05

Температура шлака

tшл

°С

при твердом шлакоудалении – 600 °С;

600

Энтальпия шлака



кДж/кг

табл. ХIV [1]

560

Потери с теплотой шлака

q6

%





0,0159

Сумма тепловых потерь



%

q2+q3+q4+q5+q6



14,11

КПД котла брутто



%



100-14,11 = 85,49

85,89

Паропроизводительность

Dо

т/ч

Характеристика парового котла

500

Давление перегретого пара за котлом



МПа

характеристика котла

13,8

Температура

tо

°C

характеристика котла

560

Энтальпия

iо

кДж/кг

табл. 3 [7]

3489,547

Температура питательной воды

tпв

°C

Характеристика котла

230

Энтальпия

iпв

кДж/кг

табл. 3 [7]

990,21

Теплота с продувочной водой



МДж/ч







715,089

Теплота, полезно используемая в котлоагрегате



МДж/ч







Расход топлива

полный

В

кг/ч







расчетный

Вр

кг/ч







условный

Ву

кг у.т./ч









Определение расхода топлива по измененным значениям топлива



Измененное значение зольности составляет , влажности - .

Измененное значение теплоты сгорания



кДж/кг.

Определим теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания при измененном составе топлива.

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания топлива при α=1 и объем трехатомных газов остаются неизменными.

Теоретические объемы продуктов сгорания при α=1:

объем водяных паров

 м3/кг;

объем азота

 м3/кг;

объем газов

 м3/кг.

Энтальпия уходящих газов определяется по формуле

 кДж/кг,

где  кДж/м3 – энтальпия газов при избытке воздуха ;

 – фактический коэффициент избытка воздуха на выходе из котла;

 кДж/м3 – энтальпия воздуха при избытке воздуха ;

кДж/м3 – энтальпия золы;

 – доля золы, уносимой газами;

кДж/кг – энтальпия холодного воздуха.



Таблица 3

Тепловой баланс парового котла

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Результат

Тип котлоагрегата

Е-500-140

Вид сжигаемого топлива

бурый уголь Боготульского месторождения

Располагаемая теплота топлива



кДж/кг

Принимается равной низшей теплоте сгорания топлива

11810

Температура уходящих газов

tух

°С

принимается

171

Энтальпия

Iух

кДж/кг

-

1856,45

Температура холодного воздуха

tхв

°С

принимается

30

Энтальпия



кДж/кг

-

201,96

Фактический коэффициент избытка воздуха на выходе из котла





Характеристика котла

1,33

Потери теплоты:

с уходящими газами

q2

%





от хим. недожога

q3

%

[1]

0

от мех. недожога

q4

%

[1]

1

в окружающую среду

q5

%

[1]

0,4

Доля золы топлива:









в уносе



–

[1]

0,95

в шлаке



–

1 – 

1 - 0,95 = 0,05

0,05

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Результат

Температура шлака

tшл

°С

при твердом шлакоудалении – 600 °С;

600

Энтальпия шлака



кДж/кг

табл. ХIV [1]

560

Потери с теплотой шлака

q6

%







Сумма тепловых потерь



%

q2+q3+q4+q5+q6





КПД котла брутто



%



100-= 85,269

85,269

Паропроизводительность

Dо

т/ч

Характеристика парового котла

500

Давление перегретого пара за котлом



МПа

характеристика котла

13,8

Температура

tо

°C

характеристика котла

560

Энтальпия

iо

кДж/кг

табл. 3 [7]

3489,547

Температура питательной воды

tпв

°C

Характеристика котла

230

Энтальпия

iпв

кДж/кг

табл. 3 [7]

990,21

Теплота с продувочной водой



МДж/ч







715,089

Теплота, полезно используемая в котлоагрегате



МДж/ч







Расход топлива

полный

В

кг/ч







расчетный

Вр

кг/ч







Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Результат

Расход топлива

условный

Ву

кг у.т./ч









Определение типоразмера мельницы-вентилятора



При проектировании выбор мельниц производиться с запасом. При установке трех мельниц на котёл, при выходе из строя одной мельницы две оставшиеся должны обеспечивать 60% номинальной производительности котла при работе последнего на топливе нормального качества.

Выбираем две мельницы марки М-В 2700/850/590.





Таблица 4

Наименование

Размерность 

МВ2700/850/590

Диаметр ротора

мм

2700

Номинальная скорость вращения

об/мин

590

Окружная скорость ротора

м/сек

83,5

Рабочая ширина лопаток

мм

850

Отношение ширины лопаток к диаметру ротора

-

0,32

Высота лопаток

мм

300

Количество лопаток

шт.

12

Минимальное расстояние между осями соседних мельниц при перпендикулярном их расположении к фронту

мм

-

Вес мельницы без электрооборудования

т

68,3

Маховый момент ротора

кгм2

44700

Мощность электродвигателя

квт

800

Производительность сушильного агента за мельницей

тыс.м3/ч

153

Коэффициент расхода 

-

0,089

Напор для преодоления внешней сети на незапылённом потоке (при t=135 оС)

мм вод. ст.

261

Производительность 

т/ч

44,0



Построение рассевочной кривой



Остатки на ситах определяются по формуле

,

где  - коэффициент, характеризующий однородность угольных частиц;

 - коэффициент, характеризующий размер фракции;

 - размер фракции.

Определим значения коэффициентов при остатках на ситах  и .

.

.

Таким образом, формула для определения остатка на сите определенного размера примет вид

.







79,4187%





60%





55,47857%





22%





7,363211%





2,124832%





0,545924%





0,126867%





0,026969%





0,005289%





0,000963%





0,000164%



Рассевочная кривая приведена на рис. 3.





Рис. 3. Рассевочная кривая

Определение расхода сушильного агента при нормативных и измененных значениях топлива



При нормативных значениях.

Тепловой баланс пылеприготовительной установки составляется на 1 кг сырого топлива.

Граничными сечениями для составления теплового баланса и расчета количества сушильного агента являются в начале установки: по топливу — течка сырого угля; по сушильному агенту — сечение трубопровода, подводящего агент к мельнице; в конце установки для систем, имеющих мельничные вентиляторы, — вентилятор; при работе установки под наддувом при отсутствии мельничного вентилятора — сечение за сепаратором.

Начальные значения величин обозначаются индексом 1, а конечные — индексом 2.

Выбор расчетных параметров, входящих в тепловой баланс, производится из условия получения необходимой подсушки топлива. Факторами, определяющими выбор расчетных параметров, являются:

1) надежность установки по условиям взрывобезопасности и работы подшипников мельницы и вентилятора;

2) допустимая относительная влажность отработавшего сушильного агента, при которой отсутствует конденсация водяных паров в пылепроводах, а также обеспечивается нормальная транспортировка пыли в схемах с пылевым бункером;

3) соответствие между равновесной влажностью топлива, относительной влажностью сушильного агента и его температурой;

4) рекомендуемые скорости сушильного агента в отдельных элементах мельничной установки;

5) рекомендуемые количества первичного воздуха.

Для определения расхода сушильного агента определим значения приходных и расходных статей теплового баланса и выразим из уравнения теплового баланса пылеприготовительной установки расход сушильного агента.

Уравнение теплового баланса пылеприготовительной установки имеет вид

.

Статьи теплового баланса:

Приходные статьи:

Физическая теплота сушильного агента

,

где  - количество сушильного агента на 1 кг сырого топлива, подаваемого к входному сечению пылесистемы;  ккал/(кг∙°С) - теплоемкость сушильного агента перед системой;  - начальная температура сушильного агента.

Теплота, выделяющаяся в результате работы мелющих органов

 ккал/кг,

где  - коэффициент, учитывающий долю энергии, превращаемой в теплоту в процессе размола;  - удельный расход энергии на размол топлива, принимаем 8,8кВт ч/т – принимается из таблицы.

Физическая теплота присосанного холодного воздуха

,

где - коэффициент, учитывающий присос холодного воздуха;  - теплоемкость холодного воздуха;  - температура холодного воздуха.

Расходные статьи:

Теплота, затрачиваемая на испарение влаги

 ккал/кг,

где  кг/кг – количество влаги, испаренной из 1 кг сырого топлива;  - влажность пыли;  - температура сушильного агента на выходе из установки;  - температура топлива.

Теплота, уносимая с уходящим из установки сушильным агентом

,

где  ккал/(кг∙°С) - теплоемкость сушильного агента, покидающего установку.

Теплота, затрачиваемая на подогрев топлива

  ккал/кг,

где  ккал/(кг∙°С) - теплоемкость сухой массы топлива;

Потери теплоты в окружающую среду

 ккал/кг,

где  тыс. ккал/ч - потери теплоты в окружающую среду;  т/ч - расчетная производительность пылесистемы по сырому топливу.

Подставляя полученные значения в уравнение теплового баланса пылеприготовительной установки, определим количество сушильного агента на 1 кг сырого топлива





кг/кг.

Плотность воздуха при температуре 220 °С

 м3/кг.

Расход сушильного агента при нормативных значениях топлива составляет





Определение удельного расхода электроэнергии на размол топлива



Удельный расход электроэнергии на размол и пневмотранспорт:



где Nтл – мощность, потребляемая М-В на размол и пневмотранспорт,

Вр =44т/ч – расчётная производительность мельницы.

Объёмное количество влажного сушильного агента в конце установки:



где γ0в =1,285кг/нм3 – удельный вес влажного воздуха, при влагосодержании dвл в =10г/кг.

Производительность М-В по газовоздушной смеси находиться по формуле:



где Vвл.в –объёмное количество влажного сушильного агента в конце установки.

Мощность потребляемая М-В на незапылённом потоке:



где η=0,32 – к.п.д. М-В, принимается из рис. 4.16, η= 0,92 – к.п.д. электродвигателя, Vм-в – производительность мельницы по газовоздушной смеси, Hв1 полн. – полный напор, развиваемый вентилятором на незапылённом воздухе.

Полный напор, развиваемый вентилятором на незапылённом потоке:



где ψ = 0,45 – коэффициент напора, определяется по рис. 4.16, γ=1/ρВ=1/0,972=1,029кг/м3 – удельный вес сушильного агента в конце установки при t = 90 оС, u=83,5 м/сек – окружная скорость ротора, из табл. 5.

Мощность, потребляемая М-В на размол и пневмотранспорт :



где Nв – мощность потребляемая М-В на незапылённом потоке, μ’се – концентрация топлива перед сепаратором с учётом кратности циркуляции.



Концентрация топлива перед сепаратором с учётом кратности циркуляции:



Где Кц =4 – кратность циркуляции.




Заключение



В курсовом проекте определен расход Ирша-Бородинского угля на котел Е-320-140 при нормативных и измененных показателях топлива, определен типоразмер мельницы, построена рассевочная кривая и определен расход сушильного агента при нормативных и измененных показателях топлива. При увеличении зольности и влажности топлива возрастают потери теплоты, расход топлива и расход сушильного агента, снижается удельный расход энергии на размол топлива.

котельная установка топливо