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

 

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

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

3.  Определить типоразмер мельницы по расходу топлива.

4.  Построить по заданным остаткам R₉₀, R₂₀₀ рассевочную кривую.

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

6.  Определить удельный расход электроэнергии на размол мельницы.

Исходные данные

Топливо: Боготольский уголь;

Котел: Е-500-140;

Влажность пыли W_пл = 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 м³/кг, объем трехатомных газов  0,97 м³/кг, объем азота 4,03 м³/кг, объем водяных паров  0,78 м³/кг, объем сухих газов  5,78 м³/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.

1.  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

 
2.  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

3.  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

4.  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

5.  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

6.  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: