Работа энерготехнологических установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Область знаний, охватываемая промышленной теплоэнергетикой. Структура теплоэнергоснабжения предприятия. Энерготехнология

Теплоэнергетика - дисциплина, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, как одной из форм энергии, и связанных с этим агрегатов, аппаратов и устройств. Изучает: Топливо и его свойства, Энергетические установки, Системы теплоснабжения, Системы теплоиспользования. Энерготехнологические установки - комплексы энергетических и технологических агрегатов, связанных между собой и состоящих из энергоблока, блока термической переработки топлива, блоки разделения и очистки получаемых продуктов. Здесь осуществляются энергетические и технологические процессы.

?_т - КПД преобраз. первичной энергии в теплоту, ?_пр.э. - КПД преобраз. теплоты в эл.эн., ?_{тр.э. -} КПД с транспортировкой эн., ?_к.п. - КПД конечного потребления. теплоэнергетика топливо горение газовый

2. Топливо. Классификация и состав. Пересчет состава топлива

Топливо - горючее вещество, применяемое для получения теплоты путем его сжигания. Классификация топлива: 1) агрегатное состояние: твердое, жидкое, газообразное, 2) происхождение: природное (ископаемое), природное (биомасса), искусственное, 3) применение: энергетическое, технологическое, бытовое. Основные характеристики топлива: Ценность топлива определяется:* теплотой сгорания;* максимальной температурой горения (жаропроизводительность);* содержанием балласта - минеральной негорючей массы и влаги;* содержанием вредных примесей; * выходом летучих веществ твердых топлив;* удобство сжигания и расход энергии для подготовки топлива к использованию;* степень сложности разведки и добычи топлива;* удаленность месторождений топлива от районов его потребления. Составы топлива: рабочий, сухой, горючий.

Пересчет состава (%) рабочей массы топлива при изменении начальной влажности W1 до конечной W2:



Средний состав смеси:

Для сланцев коэффициент пересчета с рабочей массы на горючую:

истинная зольность:

3. Теплота сгорания топлива. Высшая и низшая теплота сгорания

Теплота сгорания - количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании единицы массы (МДж/кг) или объема топлива (МДж/м3).Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшая теплота сгорания Qв -количество теплоты, которое выделяется в результате сгорания 1кг твердого (жидкого) топлива или 1м3при нормальных физических условиях газообразного топлива при условии, что образующиеся водяные пары конденсируются и возвращается их теплота конденсации Qкон. Низшая теплота сгорания Qн -количество теплоты, которое выделяется при сгорании 1кг твердого (жидкого) топлива или 1м3газообразного топлива с учетом потери в окружающую среду теплоты конденсации Qкон водяных паров. Методы определения теплоты сгорания топлива: Калориметрический и Аналитический.

Теплота сгорания твердого и жидкого топлива:

Q_н = 338C^p + 1025H^p - 108,5(O^P - S^p) - 25W^p,

Q_В = Q_н + Q_кон,

Q_кон = 225 H^p + 25 W^p

Теплота сгорания газообразного топлива:

Q_н = 358,2CH₄ + 637,5 C₂H₆ + 912,5 C₃H₈ + 590,6 C₂H₄ + 1190 C₄H ₁₀+ 126,4 CO + 108 H₂ + 234H₂S

4. Условное топливо. Область использования. Приведенные характеристики топлива

Условное топливо - теплота сгорания которого равна Qу.т.=29,3 МДж/кг (угольный эквивалент).Применяется для:* Оценки эффективности использования ТЭР.* Учета суммарных запасов топлива.* Сравнения показателей потребителей энергии. Нефтяной эквивалент - 41,9 МДж/кг.

Расход условного топлива:

В_у.т = В_н Q_н / Q_у.т ,

Тепловой эквивалент топлива:

Э = Q_н / Q_у.т.

Приведенные характеристики топлива:

W^П = W^P / Q_н ,

A^П = A^p / Q_н ,

S^П = S^p / Q_н .

Применяется для: оценки эф-ти использ-я ТЭР, учета суммарных запасов топлива, сравнения показателей потребленной энергии.

5. Твердое топливо. Характеристики и особенности. Горение твердого топлива

Сера: Органическая (входит в состав сложных органических соединений) Sор. Колчеданная (пиритная, железный колчедан FeS₂) Sк. Летучая Sл = Sор + Sк. Сульфатная Sс (сернокислые соли CaSO₄, FeSO₄). Летучие вещества - газообразные и парообразные продукты, которые выделяются при нагревании сухого топлива (160-1100^оС). Горючие газы: СО, Н₂, С_nH_m. Негорючие газы: СО₂, О₂, N₂,H₂O. Условно количественный выход летучих веществ из твердого топлива определяют при уменьшении массы топлива после выдержки в тигле при температуре 850±25^оС в течении 7 минут без доступа воздуха и относят к составу горючей массы топлива -Vлг, %.

Выход летучих веществ:

Коксовый остаток: * спекшийся (твердый, сплавленный); * слабоспекшийся (разрушается при надавливании или ударе); * порошкообразный (рассыпается после нагрева). Кокс (искусственное твердое топливо) - оставшаяся после выхода летучих веществ твердая часть топлива.

6. Газовое топливо. Особенности процесса горения

Преимущества: * Сгорает при небольшом избытке воздуха.* Образуются продукты полного горения без дыма и копоти.* Нет твердого остатка.* Удобно для транспортирования. Основные технические характеристики: * плотность;* взрываемость; * токсичность.

ОДОРИРОВАНИЕ!

7. Жидкое топливо. Особенности процесса горения

Технические характеристики:

* С^р = 84-86%, Н^р = 10-12%; S^р = 4,1-5%;

* вязкость (µ=f(t));

* плотность;

* температура вспышки и воспламенения;

* испаряемость:

легкие (бензин, керосин);

тяжелые (мазут);

* стабильность при хранении.

8. Местное топливо. Особенности местного топлива

Древесина:

*Vг=85%, Ар<1%, Wг=40-60%.

Торф:

*Vг=40-60%, Ар=15-30%, Wр=30-50%.

Бурый уголь:

*Vг=70%, Ар=5-10%, Wр=47-62%.

Горючие сланцы:

*Vг=80-90%, Ар=66-87%, Wр=15-20%.

Ядерное топливо

Изотопы природного урана 238U, 235U и тория 232Th.

235U- обогащение 2-4% вместо 0,71%.

При делении ядра>200 МэВ

(1эВ = 1,6•10-19 Дж).

1 кг урана заменяет 2,5 тыс.т угля.

Получение нового топлива

238U > 239Pu, 232Th > 239U.

9. Процесс горения. Организация непрерывного горения

Горение - химическая реакция соединения окислителя с горючими элементами топлива, протекающая в условиях ее прогрессирующего самоускорения. Для получения теплоты используется кислородное горение, сопровождающееся значительным повышением температуры. Тепловое горение представляет собой различные формы протекания быстрых экзотермических реакций, когда выделяющаяся теплота не успевает рассеиваться в пространстве. Условия необходимые для обеспечения непрерывного горения* Бесперебойный подвод окислителя к топливу.* Интенсивное их перемешивание.* Отвод образующихся продуктов горения. Виды горения * Полное горение, при котором происходят реакции полного окисления горючих компонентов топлива.* Неполное горение, когда указанные реакции не завершены (химический недожог).



10. Коэффициент избытка воздуха. Влияние избытка воздуха на эффективность работы котла

Коэффициент избытка воздуха (б - альфа) - отношение действительного количества воздуха V_В расходуемого для сжигания топлива, к теоретически необходимому V_В0 для полного сгорания топлива в соответствии со стехиометрическими условиями. Различают:* Гомогенное горение, когда реакция протекает в перемешанной на молекулярном уровне смеси реагентов.* Гетерогенное горение, когда реакция протекает на границе раздела, участвующих в горении веществ.

б = 1,02 - 1,5

11. Основные химические реакции горения. Скорость реакции

Различают:* Гомогенное горение, когда реакция протекает в перемешанной на молекулярном уровне смеси реагентов.* Гетерогенное горение, когда реакция протекает на границе раздела, участвующих в горении веществ. Интенсивность горения характеризуется скоростью реакции, которая определяется по одному из реагирующих веществ. Под скоростью гомогенной реакции понимают количество вещества, реагирующее в единице объема в единицу времени. Скорость гетерогенной реакции выражается количеством углерода Дq, г, прореагировавшим с кислородом на единице поверхности контакта с окислителем S, м2 в единицу времени Дф, с. Скорости реакций подчиняются закону действующих масс, согласно которому в однородной среде при постоянной температуре в каждый момент времени скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ (окислителя и топлива) с учетом числа молей.



12. Технологическая схема котельной установки: состав, особенности работы

Воздух, необходимый для горения, подается в топку дутьевыми вентиляторами, а вода в котел -- насосами, дымовые газы из котла удаляются в атмосферу за счет естественной тяги через трубу. На перекрытии котельного здания установлен деаэратор. Вода, нагретая в котле, поступает к потребителю, где отдает часть тепла и с пониженной температурой снова возвращается в котел для последующего подогрева. Топочное устройство оборудовано горелками. Технологический процесс производства пара осуществляется в такой последовательности: жидкое топливо, поступающее в котельную по трубопроводу, и газообразное, также поступающее по трубопроводу, смешиваются в горелке с воздухом из воздухоподогревателя и сгорают в топке.

Вентиляторы забирают воздух из верхней зоны помещения котельной, необходимый для сгорания топлива. Он подается в воздухоподогреватель для подогрева за счет тепла дымовых газов. Тепло, выделившееся при сгорании топлива, передается воде через поверхности нагрева котла излучением в топке и конвекцией от нагретых газообразных продуктов сгорания в газоходах котла. Образовавшийся в экранных трубах котла насыщенный пар собирается в барабане, откуда, пройдя сепарационные устройства, направляется через коллектор в пароперегреватель, где перегревается до заданной температуры, а затем через сборный коллектор и главный паропровод (через запорный вентиль или задвижку) идет к потребителю. Конденсат отработавшего пара, вернувшийся от потребителя, направляется в деаэратор, который служит для удаления из воды воздуха и активных газов. Туда же насосом подается добавочная химически очищенная вода.

После деаэрации вся питательная вода подается питательными насосами в водяной экономайзер, где за счет тепла уходящих газов вода подогревается и поступает в барабан, а из барабана -- в систему экранных труб, где и происходит процесс парообразования. Уходящие из топки нагретые газы проходят последовательно между трубами пароперегревателя, водяного экономайзера и внутри труб воздухоподогревателя, отдавая тепло на перегрев пара, подогрев питательной воды и воздуха, охлаждаются и дымососом удаляются через трубу в атмосферу. Работа паровых котлов характеризуется паропроизводительностью D, т. е. количеством пара, вырабатываемого в единицу времени (измеряется в т/ч или кг/с), параметрами получаемого пара -- давлением Р, температурой t и коэффициентом полезного действия, который определяет степень использования в котле теплоты сгорания топлива. Работа водогрейных котлов характеризуется теплопроизводительностью Q -- количеством тепла, вырабатываемого в единицу времени, температурой нагрева воды и коэффициентом полезного действия.

13. Схема барабанного парового котла с естественной циркуляцией. Состав, параметры и принцип его работы

В паровых котлах для превращения питательной воды в пар применяются различные схемы циркуляции теплоносителя: естественная, многократная принудительная и прямоточная. Наибольшее распространение получили котлы с естественной циркуляцией. Технология получения пара предполагает последовательность нескольких физических процессов. Все начинается с подогрева питательной воды, которая поступает в котел при определенном давлении, создаваемом питательным насосом. Этот процесс происходит при однократном прохождении воды через трубы конвективной поверхности нагрева, называемой экономайзером (рис.1). После экономайзера вода поступает в испарительные поверхности нагрева, которые располагают, как правило, в топочных камерах паровых котлов. Из названия этого элемента котла понятно, что здесь происходит образование пара, который затем в некоторых котлах поступает в пароперегреватель. Через обогреваемые дымовыми газами трубы пароперегревателя пар проходит однократно, а вот парообразующие поверхности нагрева могут быть разными. Чаще всего в котлах пароводяная смесь многократно проходит через обогреваемые трубки топочных экранов за счет естественной циркуляции или в результате многократно-принудительной циркуляции (с использованием особого насоса). В котлах, которые называют прямоточными, пароводяная смесь проходит через испарительные поверхности нагрева однократно, за счет давления, создаваемого питательным насосом.

Остановимся подробнее на особенностях процесса получения пара в котлах с естественной циркуляцией.

На рис. 1 приведена схема барабанного котла с естественной циркуляцией, выполненного по традиционной П-образной схеме. Питательная вода поступает в экономайзер, расположенный в конвективной шахте. Экономайзер является первой частью водопарового тракта котла: нагретая в нем вода поступает в барабан, который, в своей нижней части, соединен как с необогреваемыми опускными, так и с обогреваемыми подъемными трубами. По необогреваемым трубам котловая вода опускается к коллекторам, размещенным у нижней кромки топочной камеры. Из этих коллекторов вода поступает в вертикальные трубки топочных экранов. Именно здесь, благодаря мощному тепловому потоку от сгорания органического топлива, начинается собственно процесс парообразования. При однократном прохождении через топочные экраны испаряется не вся вода: в барабан возвращается пароводяная смесь. В объеме барабана происходит сепарация воды и пара. Пар поступает к потребителю или во входной коллектор пароперегревателя, а котловая вода вновь попадает в опускные трубы циркуляционного контура.

1 - горелки; 2 - топочная камера; 3 - топочный экран; 4 - барабан; 5 - опускные трубы; 6 - фестон; 7 - пароперегреватель; 8 - конвективный газоход; 9 - экономайзер;10 - трубчатый воздухоподогреватель; 11 - нижние коллектора топочных экранов

Подъемно-опускное движение по контуру естественной циркуляции (т.е. по необогреваемым опускным и обогреваемым подъемным трубам) происходит вследствие разности плотностей котловой воды и пароводяной смеси.Для повышения надежности циркуляции на барабанных котлах повышенного давления (17-18 МПа) применяют принудительное движение пароводяной смеси в топочных экранах.

14. Материальный баланс рабочих веществ и нагреваемой среды парового и водогрейного котлов

Уравнение материального баланса процесса горения в котле:

В - расход топлива, кг/с, Vв - расход воздуха, подаваемого на горение, кг/с, ДVв - присосы воздуха по тракту котла, кг/с, Vг - газообразные продукты сгорания, кг/с, Gз - твердые минеральные остатки, кг/с. Уравнение материального баланса нагреваемой среды в котле:

Dп.в - расход питательной воды, кг/с,

D - расход перегретого пара,

Dнас - насыщенного пара

Dпр - продувки

Dг.в - горячей воды.

15. Теоретический и действительный объем продуктов сгорания отходящих газов котлов. Теоретический объем продуктов сгорания (б = 1)

V⁰_г = V + V_SO2 + V⁰_H2O + V⁰_N2

Теоретический объем сухих газов:

V⁰ _с.г = V_CO2 + V_SO2 + V⁰_N2 = V_RO2 + V⁰_N2

V⁰_г = V⁰ _с.г + V⁰_H2O

V⁰_H2O - объём водяных паров

Объем уходящих газов при б > 1

V_г= V⁰_г + ДV_изб = V⁰_г + (б_ух - 1) V⁰_В

б_ух = б_т + Дб_пе + Дб_эк + Дб_вп

Объём избыточного воздуха:

ДV_изб = (б_т - 1) V⁰_В + ?біV⁰_В

16. Энтальпия продуктов сгорания. H,t-диаграмма продуктов сгорания

Знание энтальпии продуктов сгорания (Н, кДж/кг или кДж/м3) позволяет определить:* тепловосприятия поверхностей нагрева;* изменение теплосодержания газового потока. В общем случае Н, отсчитывается от 0 ^оС :

Н = Н_Г + Н_ЗЛ , Н_t=0 ^о_С = 0.

Энтальпия газообразных продуктов сгорания (a>1) :

Энтальпия золы:



17. Располагаемое тепло. Прямой и обратный тепловой баланс котла

Располагаемая теплота топлива - полное количество теплоты, которое может выделиться в топке (кДж/кг, кДж/м³). Q^р_р = Q^р_н + Q_доп

Q_доп - дополн. источник теплоты

Q_доп = Q_в.внеш + Q_тл + Q_п - Q_к

Q_в.внеш - внешн.воздуха

Q_тл - теплота вносимая топливом

Q_п - теплота вносимая паром

Q_к - теплота разложения карбонатов

Уравнение теплового баланса котла:

Q^р_р = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ + Q₆

Q₂ - с теплотой уходящих продуктов сгорания;

Q₃ - с химическим недожогом топлива;

Q₄ - с механическим недожогом топлива;

Q₅ - с рассеянием теплоты через внешние ограждения;

Q₆ - с физической теплотой удаляемого из топки шлака.

Полезно используемое количество теплоты:

Q₁ = Q_тэ + Q_пп + Q_эк + Q_вп

Q_тэ - тепловые экраны

Q_пп - пароперегреватель

Q_эк - экономайзер

Q_вп - воздухоподогреватель

КПД котла брутто на основе метода прямого баланса:

?_к = 100 Q₁ / Q^р_р

КПД котла брутто на основе метода обратного баланса:

?_к = 100 - (q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆)

КПД котла нетто (это камерческая эффективность): Доля затрат энергии на собственные нужды:

КПД котла нетто:

?_с.н - на собственные нужды

Э_с.н = Э₁ + Э₂ + Э₃ + Э₄ + Э₅

Э₁ - …….

Э₂ - работа дымососов

Э₃ - энергия на работу насосов

Э₄ - на функционирование автоматики

Э₅ - энергия на функционирование контура продувки.

19. Потери теплоты в котле с уходящими газами. Влияние на работу котла

Общие положения: Потери теплоты определяют экономическую эффективность эксплуатации оборудования котла. Наибольшие потери теплоты связаны с уходящими дымовыми газами q₂=4,5-8%.При сжигании малореакционных твердых топлив q₄=2-5%.Остальные потери в сумме не превышают 1%.

В энергетических котлах t_ух=100-120^оС. * В производственно отопительных t_ух = 140-180^оС.

* Снижение температуры уходящих газов на 15-20 ^оС приводит к уменьшению потерь q₂, что эквивалентно росту КПД котла на 1%.

20. Потери теплоты в котле с химическим и механическим недожогом. Влияние на работу котла

Химический недожог: Компоненты неполного сгорания топлива СО, Н₂, СН₄ и другие. При сжигании топлива:* газового и жидкого q₃=0-0,5%;* твердого q₃=0. Причины:* невысокая температура;* нехватка кислорода. Q₃ = V_COQ_CO + V _H2Q_H2 + V _CH4Q_CH4, где Vi - объемы горючих газов в продуктах сгорания, м³/кг топлива;

Qi - объемная теплота сгорания горючих газов, кДж/м³.

Q_CO = 12640 кДж/м³, Q_H2 =10800 кДж/м³, Q_CH4 = 35820 кДж/ м³.

Потери теплоты с механическим недожогом топлива: При сжигании в слоевых топках с плотным слоем - потеря коксовых частиц топлива. При сжигании в камерных топках:* потеря частиц топлива со шлаком;* доминирует унос несгоревших частиц топлива вместе с летучей золой.

а_ун - коэффициент уноса; Г_ун - доля частиц в общем уносе; 1-Гун - доля содержания золы в общем уносе.



Выход летучих >25%, q₄=0,5-1,5%. * Выход летучих <15%, q₄=4-6% - у низкореакционных топлив (антрацит, полуантрацит. Потери теплоты с химич. недожогом (график).

Размещено на Allbest.ru

...