Определение эксплуатационных параметров котельной установки Е-500

Содержание

1

Содержание 1

Исходные данные 3

1.Описание котельного агрегата 5

2.Определение расхода топлива по нормативным значениям топлива 9

3.Определение расхода топлива по измененным значениям топлива 11

4.Определение типоразмера мельницы-вентилятора 14

5.Построение рассевочной кривой 15

6.Определение расхода сушильного агента при нормативных и измененных значениях топлива 17

7.Определение удельного расхода электроэнергии на размол топлива 20

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