Модернизация форсунки котла Мурманской ТЭЦ
Расчёт форсунки на продувочной воде. Расчет топлива по воздуху и продуктам сгорания, построение диаграммы. Расчет теплообмена в топке и в конвективной испарительной поверхности. Окончательный тепловой баланс котла и конденсационного теплоутилизатора.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.01.2019 |
| Размер файла | 405,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на Allbest.ru
Введение
форсунка котел конденсационный теплоутилизатор
Объектом данной выпускной работы является устройство для утилизации тепла продувочной воды паровых мазутных котлов с дополнительным эффектом снижения вредных выбросов триоксида и диоксида серы в продуктах сгорания.
Основной целью проекта является полная утилизация тепла продувочной воды, возвращение конденсата для подпитки котла, эффективное распыливание топлива и нейтрализацию окислов серы в продуктах сгорания.
Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве, содержащем топливную форсунку, работающую на распыливающем агенте- продувочной воде, золоуловитель, конденсационный поверхностный подогреватель топлива, получающий тепло и скрытую теплоту конденсации водяных паров из продуктов сгорания, каплеуловитель и сборник конденсата, обеспечивается качественное распыливание топлива в форсунке при помощи соударения струй топлива и продувочной воды, нейтрализация окислов серы щелочными соединениями продувочной воды, растворением окислов серы в конденсате водяных паров продуктов сгорания на поверхности стойкого к коррозии подогревателя топлива и подпиточной воды.
Одной из проблем, рассматриваемой при разработке данного устройства, является высокое содержание сернистых соединений в мазуте, сжигаемом в котельных и на ТЭЦ. В особенности данная проблема актуальна для Мурманской области, так как отечественные топочные мазуты вырабатываются в основном из сернистой нефти и содержат до 3, 5% серы. Концентрация окислов серы в продуктах сгорания таких мазутов недопустимо велика, что особенно неблагоприятно при расположении котельных и ТЭС вблизи или в черте городов, что наблюдается в городах Мурманской области, со значительным фоном загрязнения атмосферы.
После сгорания мазута образуется диоксид серы, являющийся причиной выпадения кислотных дождей. Предотвратить вредное воздействие кислоты можно при внедрении эффективных технологических схем по обессериванию мазутов. Однако при переработке высокосернистой нефти только 5-15% серы переходит в дистилляционные продукты, остальная часть серы остается в мазуте, сжигание которого в больших количествах связано с большой концентрацией сернистых соединений в отходящих дымовых газах.
Самые дешёвые из мазутов это высокосернистые и при ограниченных денежных средствах у муниципалитетов им отдаётся предпочтение, средств на сооружение очистных установок продуктов сгорания так же не хватает, что и приводит к экологическим проблемам.
Также проблемой является потеря тепла продувочной воды, так как её температура равна 150 ч 300°С, а температура воды перед сбросом в канализацию - 40 ° С (не выше, по требованиям СНиП2. 04. 07-86).
Конечно существует ряд способов утилизации тепла продувочной воды паровых котлов, связанных с использованием тепла продувочной воды для получения пара низкого давления и подогрева различных рабочих тел в рекуперативных подогревателях, но все они имеют один недостаток: это необходимость сброса частично охлаждённой и более концентрированной продувочной воды в очистные сооружения.
Применение устройства для утилизации тепла продувочной воды позволяет использовать продувочную воду для нейтрализации окислов серы в продуктах горения и как среду для распыления жидких топлив, подогреваемых в конденсационном подогревателе с конденсацией водяных паров из продуктов сгорания для дальнейшего использования конденсата для питания котла. За счет большей плотности струи от продувочной воды (в сравнении с паровой струей) и новизны конструкции форсунки обеспечивается качественное распыливание мазута в сравнении с паровым.
1. Краткая характеристика объекта
1.1 Устройство и характеристика парового котла ГМ-50-1
Для проверки эффективности устройства для утилизации тепла продувочной воды используем его применительно к котлу ГМ-50-1, расположенному в котельной Мурманской ТЭЦ.
Котел ГМ-50-1 - однобарабанный, вертикальный, водотрубный с естественной циркуляцией и с выносными циклонами, газомазутный.
Питательная вода после подогревателя высокого давления (ПВД) поступает в нижний коллектор первой ступени водяного экономайзера, из которого по змеевиковым трубам переходит в промежуточный коллектор верхнего экономайзера.
Из промежуточного коллектора питательная вода по четырем водоперепускным наружным трубам переходит в нижний коллектор второй ступени водяного экономайзера. Из этого коллектора питательная вода по змеевиковым трубам, расположенным в газоходе, поднимается в верхний пакет водяного экономайзера, оттуда по шести наружным трубам диаметра 60 х 3 мм поступает верхнюю часть барабана котла.
Барабан котла изготовлен из стали 20К. Внутренний диаметр барабана 1524 мм, толщина стенки - 36 мм, длинна - 7000 мм.
Из барабана котла котловая вода по водоопускным трубам поступает в нижние коллектора:
по шести трубам на фронтовой коллектор,
по шести трубам в задний коллектор,
по двум трубам в чистые боковые коллектора с обоих сторон котла,
По одной трубе котловая вода поступает в выносные циклоны.
В соленые боковые коллектора с обоих сторон котла котловая вода поступает из выносных циклонов по двум водоопускным трубам.
Система испарения двухступенчатая, постоянная продувка котла производится из второй ступени из выносных циклонов.
Стены топки котла экранированы трубами, в которые поступает вода из нижних коллекторов.
Радиационная поверхность всех экранных труб - 165 мІ. По экранным трубам диаметром 60x3мм вода поднимается в верхние промежуточные коллектора:
по 70 трубам во фронтовой коллектор,
по 35 трубам в задние коллектора в каждый (их - два),
по 24 трубам в чистые боковые коллектора с обоих сторон котла,
по 24 трубам в соленые боковые коллектора с обоих сторон котла,
Из верхних промежуточных коллекторов пароводяная эмульсия по пароперепускным трубам поступает в барабан котла:
по 6 трубам из фронтового коллектора,
- по 6 трубам из первого заднего коллектора,
по 2 трубам из второго заднего коллектора,
по 2 трубам из чистых боковых коллекторов с обоих сторон котла, а также в выносные циклоны: по 2 трубам из соленых боковых коллекторов с обоих сторон котла,
Подвод пароводяной эмульсии в выносные циклоны подводится тангенциально, там она подвергается частичной сепарации, после чего, по двум пароперепускным трубам поступает в барабан для окончательной сепарации.
Выносные циклоны - диаметр 345 мм, толщина стенки - 16 мм высота - 4845 мм.
Диаметр всех коллекторов - 219 х 6 мм из стали 20. Диаметр всех водоопускных и пароперепускных труб верхних коллекторов экранов - 102 х 4. 5 мм, сталь 20.
Топочная камера объемом 144 м3 при глубине топки 3, 665 м оборудована 6 горелками для подвода мазута и горячего воздуха, которые расположены с боковых сторон котла по три с каждой стороны. В верхней части котла установлены 4 взрывных клапана: по одному с боков и два сзади котла.
Топочная камера соединяется с конвективной шахтой горизонтальным газоходом, через который газы из топки поступают в первую по ходу газов конвективную шахту. В ней расположен горизонтальный пароперегреватель, диаметр труб 32 х 3мм из стали 20 поверхностью нагрева - 300 мІ. Число параллельно включенных змеевиков - 136 шт. Из барабана котла пар через сепарационное устройство по 7 трубам диаметром 60 х 3мм, поступает во входную камеру пароперегревателя, диаметром 159 х 7мм из стали 20.
Из входной камеры по 68 горизонтальным трубам потолочного пароперегревателя, пар поступает в поворотную камеру диаметром 159 х 7мм из стали 20.
По двум пароперепускным трубам, диаметром 83 х 3, 5мм из стали 20, с каждой стороны пар из поворотной камеры поступает во входной коллектор первой ступени пароперегревателя (коллектор насыщенного пара) диаметром 273 х 20мм, длиной 6966мм. Из коллектора насыщенного пара по 68 змеевикам пароперегревателя первой ступени пар поступает в пароохладитель.
Пароохладитель горизонтальный, поверхностного типа установлен в рассечку с пароперегревателем. Площадь охлаждения - 5мІ, диаметр - 325 х 18мм из стали 20, длина - 5510мм, диаметр труб 25 х 3мм, количество змеевиков - 12 шт.
Из пароохладителя по 10 пароперепускным трубам диаметром 60 х 3мм из стали 20 пар поступает в нижнюю камеру перегретого пара, диаметром - 273 х 20мм из стали 20, длиной 6676 мм.
Из нижней камеры по 68 змеевикам пароперегревателя второй ступени пар поступает в паросборную камеру перегретого пара (выходной коллектор) диаметром 273 х 20мм из стали 20, длиной - 5484мм.
В первой конвективной шахте после пароперегревателя по ходу газов расположен стальной экономайзер кипящего типа площадью нагрева 524 мІ, диаметр труб - 28 х 3мм, материал - сталь 20. Питательная вода после ПВД поступает в нижний коллектор первой ступени водяного экономайзера, из которого по змеевиковым трубам переходит в промежуточный коллектор верхнего экономайзера. Из промежуточного коллектора питательная вода по четырем водоперепускным наружным трубам переходит в нижний коллектор второй ступени водяного экономайзера. Из этого коллектора питательная вода по змеевиковым трубам, расположенным в газоходе, поднимается в верхний пакет водяного экономайзера, оттуда по шести наружным трубам диаметром 60 х 3мм поступает в верхнюю часть барабана котла. В первой конвективной шахте горячие газы из топки движутся сверху вниз. Во второй шахте, после поворотного газохода газы движутся по трубам воздухоподогревателя снизу вверх, опускаясь впоследствии по газоходу вниз к дымососу.
Для подогрева воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, на напорной стороне вентилятора установлен секционный калорифер СП -90. Подогрев воздуха в калорифере осуществляется паром давлением 3-5 кгс/смІ.
Дутьевой вентилятор, марки ВД-15, 5, производительностью 53000 мі/час через калорифер и воздухоподогреватель подает воздух к механическим форсункам. Напор, создаваемый вентилятором, 363 мм вод. ст., мощность электродвигателя - 75 кВт, число оборотов-730 об/мин., напряжение - 380 В, сила тока - 145 А.
Дымосос марки Д-18, производительностью - 91 000 м. куб/час удаляет из газового тракта продукты сгорания в 100 метровую трубу. Разряжение, создаваемое дымососом - 286 мм вод. ст., мощность электродвигателя - 110 кВт, число оборотов - 735 об/мин, напряжение - 380 В, сила тока - 21*8 А.
Котел снабжен дробеочистной вакуумной установкой, служащее для очистки наружных поверхностей нагрева пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя от сажистых отложений. Вакуум в дробеподъемном тракте создается вакуумными насосами.
1.2 Описание системы непрерывной продувки
Для соблюдения установленных норм качества пара осуществляют периодическую или непрерывную продувку, т. е. часть воды из паровых котлов выпускают и заменяют ее питательной водой. Непрерывная продувка производится без перерывов в течение всего времени работы котла, а периодическая - кратковременно через большие промежутки времени. Периодическая продувка при наличии непрерывной служит для выпуска осевшего шлама, который образуется из веществ, кристаллизующихся в объеме котловой воды.
Непрерывная продувка служит для удаления солей из контура циркуляции котла вместе с небольшим количеством воды. Соли накапливаются в котловой воде в процессе превращения воды в пар, практически не растворяющий солей и не уносящий их с собой. Если удаление солей не производить своевременно, то соли, достигнув предела растворимости (насыщения) выпадают в осадок, образуя трудно растворимую накипь в местах больших тепловых напряжений.
Поскольку продувка осуществляется отводом части котловой воды, то с ней уходит значительное количество теплоты. При давлении пара 1, 0-1, 4 МПа каждый процент неиспользуемой продувки увеличивает расход топлива примерно на 0, 3%. Поэтому вода непрерывной продувки из верхнего барабана отводится в сосуд с меньшим давлением, сепаратор непрерывной продувки, в котором происходит расширение воды и отделение пара. Полученный пар не растворяет в себе солей и может быть использован как теплоноситель и отводиться в деаэратор питательной воды. Оставшаяся горячая вода уже с меньшей температурой, но с большим содержанием солей, может быть использована как теплоноситель, например, для подогрева сырой воды.
Однако использование теплоты продувочной воды не означает, что продувка может быть большой. Следует учитывать, что котловая вода имеет более высокий тепловой потенциал по сравнению с водой, используемой в сепараторе продувки. Поэтому необходимо всемерно снижать продувку.
Производится непрерывная продувка через дырчатую трубу, расположенную в барабане котла. Для регулирования непрерывной продувки снаружи на трубе устанавливают два вентиля, один из которых стоит для безопасности. В том случае, если солесодержание котловой воды возрастает, оператор открывает вентиль, увеличивая количество вытекаемой из котла воды.
1.3 Характеристика горелочных устройств
Горелка - устройство, предназначенное для подачи топлива к месту смешения его с воздухом и сжигания, обеспечения стабильного сжигания и регулирования горения.
Эффективное и экономичное сжигание мазута достигается в результате его тонкого и однородного распыления, хорошего смешивания с воздухом и создания условий для стабилизации фронта загорания и стойкого факела необходимой формы и направления.
Мазутные горелки состоят из форсунки, воздухонаправляющего устройства и амбразуры. Форсунки предназначены для распыления жидкого топлива и регулирования его подачи, а воздухонаправляющие устройства и амбразуры - для создания однородной воздушно-мазутной смеси и ее распределения в топочном пространстве.
Чаще всего форсунки классифицируются по способу распыления топлива. Механическими называются форсунки, в которых распыление топлива происходит за счет потенциальной энергии мазута, находящегося под высоким давлением. Форсунки, в которых для распыления мазута используется кинетическая энергия распыляющего агента (пар, воздух), называются пневматическими. Форсунки, в которых для распыления мазута используется механическая энергия вращательного распылителя (диск или стакан), называются ротационными.
В механических форсунках подогретое топливо под давлением пропускается через мелкие отверстия распыливающей головки. Механические форсунки компактны, но чувствительны к отклонениям от расчетных режимов работы и загрязнениям топлива. Паровые форсунки характеризуются высоким качеством распыления, но расходуют большое количество пара. Комбинированные паромеханические форсунки обеспечивают удовлетворительное распыление мазута в широком диапазоне изменения мощности форсунки (от 20 до 100%) при существенно меньшем расходе пара.
Рисунок 1. 1 Схема газомазутной горелки ГМГМ: 1 - газовый канал; 2 - завихритель вторичного воздуха; 3 - монтажная плита; 4 - завихритель первичного воздуха; 5 - газовыходные отверстия; 6 - паромеханическая форсунка
Широкое применение находит комбинированная газомазутная горелка, показанная на рисунке 1. 1, предназначенная для раздельного и совместного сжигания газа и мазута. За основу создания таких горелок принимают обычно газовые горелки, в центральную часть которых устанавливают мазутную форсунку.
1.4 Исходные данные на проектирование
Режимная карта парового котла котлотурбинного цеха приведена в таблице 1. 1, режимная карта работы оборудования мазутного хозяйства в таблице 1. 2.
Таблица 1. 1 - Режимная карта парового котла ГМ-50-1
|
№ |
Наименование параметра |
Единица измерения |
Числовые значения |
|||||
|
Пп |
||||||||
|
Марка, ст. № котла |
ГМ 50-1 ст. № 7 |
|||||||
|
1. |
Паропроизводительность котла |
т/час |
35 |
40 |
45 |
50 |
||
|
2. |
Разрежение вверху топки котла |
мм. в. ст. |
2 - 3 |
|||||
|
3. |
Давление п. пара |
кгс/см2 |
36 - 39 |
|||||
|
4. |
Температура |
питательной воды |
оС |
135 - 140 |
||||
|
перегретого пара |
оС |
437 - 443 |
||||||
|
дымовых газов за котлом |
оС |
470 |
500 |
530 |
560 |
|||
|
уходящих газов |
оС |
194 |
200 |
208 |
216 |
|||
|
холодного воздуха |
оС |
30 |
||||||
|
воздуха перед ВП не ниже |
оС |
110 |
||||||
|
мазута перед горелками |
оС |
125-130 |
||||||
|
5. |
Количество горелок |
шт. |
4 |
6 |
||||
|
6. |
Производительность горелок |
кг/час |
650 |
650 |
||||
|
7. |
Давление распыливающего пара на ПМФА |
кгс/см2 |
2, 5 - 3, 0 |
|||||
|
8. |
Расход мазута на котел |
т/час |
2, 8 |
3, 1 |
3, 6 |
4 |
||
|
9. |
Давление |
мазута перед котлом |
кгс/см2 |
22 |
14 |
16 |
20 |
|
|
горячего воздуха |
мм. в. ст. |
30 |
40 |
50 |
60 |
|||
|
10. |
Содержание О2 в дымовых газах |
% |
4 |
3, 7 |
3, 2 |
2, 9 |
||
|
11. |
Коэффициент избытка воздуха |
- |
1, 22 |
1, 2 |
1, 17 |
1, 15 |
||
|
12. |
Потеря тепла с уходящими газами |
% |
8, 32 |
8, 5 |
8, 75 |
9, 05 |
||
|
13. |
Потеря тепла в окружающую среду |
1, 38 |
1, 22 |
1, 07 |
0, 95 |
|||
|
14. |
КПД котла «брутто» |
% |
92, 58 |
92, 56 |
92, 53 |
92, 5 |
||
|
15. |
Содержание в дымовых газах Noх (при ?=1, 4) |
мг/нм3 |
520 |
540 |
530 |
485 |
||
|
16. |
Содержание в дымовых газах СО (при ?=1, 4) |
мг/нм3 |
25 |
|||||
|
17. |
Нагрузка электродвигателя |
дымососа |
А |
150 |
160 |
170 |
180 |
|
|
вентилятора |
А |
80 |
90 |
100 |
110 |
Таблица 1.2 - Режимная карта работы оборудования мазутного хозяйства котлотурбинного цеха
|
Оборудование |
Размерность |
Рабочий режим, количество работающих котлоагрегатов |
|
|
1-ГМ-50 |
|||
|
Расход мазута, подаваемого в котельную |
т/час |
39, 0 |
|
|
Давление мазута, подаваемого в котельную |
кгс/смІ |
25 |
|
|
Температура мазута, подаваемого в котельную |
єС |
125-130 |
|
|
Количество включенных в работу напорных мазутопроводов |
шт |
2 |
|
|
Количество включенных в работу расходных резервуаров |
шт |
1 |
|
|
Количество включенных в работу мазутных питательных насосов |
шт |
1 |
|
|
Количество включенных в работу ФТО |
шт |
3 |
|
|
Количество включенных в работу ПМ |
шт |
2 |
|
|
Количество ЭМПН на АВР |
шт |
1 |
|
|
Количество включенных в работу НРМ |
шт |
1 |
|
|
Количество включенных в работу ПРМ |
шт |
1 |
|
|
Параметры пара, поступающего на МХ, Р, t |
кгс/смІ, єС |
10, 250 |
|
|
Температура мазута в расходном резервуаре, |
єС |
не более 90 |
|
|
Температура мазута в резервных резервуарах, |
єС |
30-60 |
|
|
Уровень в расходном резервуаре ст. №1 максимальный |
м |
5, 600 |
|
|
Уровень в расходном резервуаре ст. №2 максимальный |
м |
5, 600 |
|
|
Уровень в расходном резервуаре ст. №3 максимальный |
м |
7, 000 |
|
|
Уровень мазута в резервном резервуаре ст. № 4, 5 |
м |
4, 800 |
Таблица 1. 3 - Конструктивные характеристики топки.
|
Объём топки, м3 |
8, 01 |
|
|
Площадь поверхности стен топки, м2 |
23, 8 |
|
|
Диаметр экранных труб, м |
0, 051 |
|
|
Площадь лучевоспринимающей поверхности, м2 |
21, 81 |
|
|
Диаметр труб конвективных пучков, м |
0, 051 |
|
|
Расположение труб конвективных пучков |
коридорное |
|
|
Поперечный шаг труб, м |
0, 110 |
|
|
Продольный шаг труб, м |
0, 110 |
|
|
Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, м2 |
0, 338 |
2. Расчёт форсунки на продувочной воде
Для проведения расчета форсунки на продувочной воде определим необходимые данные в таблицу 2. 1.
Таблица 2. 1 - Исходные данные для расчета форсунки на продувочной воде
|
Наименование параметра |
Единица измерения |
Числовые значения |
|
|
Производительность котла, D |
т/ч (кг/с) |
50 (13, 88) |
|
|
Расход мазута, B |
т/ч (кг/с) |
4 (1, 11) |
|
|
Продувка, p |
% |
2 |
|
|
Расход на продувку, Dпр |
кг/с |
0, 277 |
|
|
Давление в котле, Pк |
МПа |
4, 4 |
|
|
Давление мазута, Pм |
МПа |
2 |
|
|
Температура продувочной воды, tв |
єС |
256 |
|
|
Температура мазута, tм |
єС |
130 |
Примем скорость воды в подводяшей трубе v1в=4 м/с.
Диаметр подводящей трубы d1в=2[Dпр / (р v1в) ]0, 5=0, 009 м
Чтобы обеспечить давление перед распыляющими отверстиями мы должны подобрать число отверстий определённого диаметра. Принимаем число отверстий n=8, коэффициенты местных сопротивлений на входе в отверстие орс=0, 5 и на выходе орр=1. Тогда общее сопротивление будет:
ДНв=n (орс v1в2/2g+ орр v2в2/2g) =1, 2МПа
8 (0, 5·16·/2·9, 8+ v2в2/2·9, 81) =1, 2·106
v2в =1715 м/с
Диаметр отверстия d2в=2[Dпр / (р v2в) ]0, 5=0, 00045м=0, 45 мм
При n=16 будут: v2в =1213м/с и d2в=0, 54 мм
Рассмотрим истечение перегретой воды через отверстия как истечение через насадок.
Примем n=9.
Тогда расход через одно отверстие на входе:
G2в = Dпр / (9 с1в) = Dпр v'/9 =0, 277·0, 00125/9=0, 000038м3/с,
где плотность воды с1в =1/v'. (1)
Напор в метрах составит: Н= Рк / (с1в g) =511 м. в. с.
Площадь сечения отверстия составит:
S= G2в /[м (2gН) 0, 5]= 0, 000035/[0, 6 (2·9, 81·511) 0, 5]=0, 58·10-6м2
И тогда диаметр отверстия:
d2в=2 (S /р) 0, 5=0, 00086м=0, 86 мм. Примем d2в=1мм.
Площадь составит:
S = р d2в2/4= р 0, 0012/4=0, 785·10 -6м2.
Состав среды на выходе из отверстия при давлении 0, 1МПа найдём из материального и теплового баланса (потерями пренебрегаем) :
Јпр= (1-в) Јпрж + в Јпрп, (2)
266, 7= (1- в) 100, 1+ 639, 1 в
в =166, 7/539=0, 309,
где Јпр =266, 7 ккал/кг -энтальпия продувочной воды на входе в отверстие;
в- массовая доля пара в смеси на выходе из отверстия;
Јпрж =100, 1 ккал/кг -энтальпия продувочной воды на выходе из отверстия (при насыщении на давлении 0, 1МПа) ;
Јпрп =639, 1 ккал/кг -энтальпия пара на выходе из отверстия (при насыщении на давлении 0, 1МПа).
Плотность воды на входе в отверстия при температуре 256єС:
с1=1/ v1ж =1/0, 00125=800 кг/ м3
Объём 1кг смеси воды и пара на выходе из отверстия при давлении 0, 1МПа и температуре 100єС:
v см2= (1- в) v 2ж+ вс2п= (1- в) ·v2ж+ в/v2п (3)
v см2= (1-0, 309) ·0, 00125+0, 309/1, 673=0, 185 м3/кг
Плотность смеси воды и пара на выходе из отверстия при давлении 0, 1МПа и температуре 100єС:
ссм2=1/ v см2=1/0, 185=5, 4 кг/ м3
Скорость на входе в отверстие:
w2в1 = G2в / S =0, 000035/ (0, 785·10-6) =44, 58м/с
Скорость на выходе из отверстия:
w2в = w2в1 (с1/ ссм2) =44, 58 (800/5, 4) =6604 м/с.
Скорость пара при паровом распыливании при одинаковом расходе и давлении пара 0, 6МПа на входе в сопло будет:
w2п1 = G2п / S =0, 0137/ (0, 785·10-6) =1745, 2 м/с,
где G2п = Dпр / (8 с1п) = Dпр v'1п/8 =0, 277·0, 306/8=0, 0137 м3/с;
v'1п =0, 306м3/кг - удельный объём пара на входе.
Скорость пара при паровом распыливании при одинаковом расходе и давлении пара 0, 6МПа на выходе из сопла будет:
w2п2 = w2п1 (v'2п / v'1п) = 17452 (1, 673/0, 306) =9541, 5 м/с,
где v'2п =1, 673м3/кг - удельный объём пара на выходе (плотность с2п=1/v'2п =1/1, 673=0, 6кг/м3).
Удельный расход мазута на производство 1кг пара:
в=В/ D=1, 11/13, 88=0, 079кг (т) /кг (п).
Экономия топлива при замене парового распыливания на распыливание продувочной водой для котла ГМ-50-1 составит:
ДВ=в Dпр=0, 079·0, 277=0, 0218 кг/с=78, 77 кг/ч.
Вывод
Расчет в разделе 2 показал, что эффект распыливания от перегретой жидкости в сравнении с паровым распыливанием по скорости уступает на 29%, а замена парового распыливания на распыливание продувочной водой дает для котла ГМ-50-1 экономию топлива в 2%.
При равном массовом расходе плотность струи от продувочной воды будет в 8, 45 раз больше паровой струи. Это обстоятельство увеличит распыливающий эффект от соударения струи от продувочной воды со струёй мазута при одинаковых температурах (мазута 100…160єС) и обеспечит более качественное распыливание мазута в сравнении с паровым.
Работа форсунок с соударением струй основана на взаимном разбивании на капли нескольких струй, вытекающих из соответствующих насадок. Из точки столкновения двух цилиндрических струй результирующий поток растекается радиально, образуя плоскую пленку, распадающуюся на капли. При столкновении трех и более цилиндрических струй предотвращается выброс части жидкости в верхнюю полуплоскость.
Форсунка обеспечивает четырёхкратное пересечение каждой мазутной струи с двумя струями продувочной воды и одной противоположной мазутной. Дополнительно обеспечивается пересечение всех мазутных струй между собой и центральной струи продувочной воды. Такое многократное соударение, проходящее при взрывном парообразовании обеспечивает максимальное распыливание мазутных струй и достаточно широкий угол раскрытия топливного факела.
Новизна конструкции заключается в том, что сопла для топлива и продувочной воды равномерно распределены по торцу форсунки и находятся попарно напротив друг друга в одной плоскости и оси каждой пары которых пересекаются под прямым углом друг к другу и под углом 45є к оси форсунки, также дополнительно выполнено осевое сопло продувочной воды.
3. Тепловой расчет парового котла
3.1 Расчет топлива по воздуху и продуктам сгорания и построение I-t диаграммы
Для расчета топлива принимаем мазут марки М100, использующийся в котельной Мурманской ТЭЦ, элементарный состав которого приведён в таблице 3. 1.
Таблица 3. 1 - Элементарный состав мазута марки М100
|
Элементы |
Ср, % |
Нр, % |
Sр, % |
Ор, % |
Nр, % |
Ар, % |
Wр, % |
|
|
М100 |
85, 33 |
10, 72 |
3, 02 |
0, 178 |
0, 198 |
0, 05 |
0, 5 |
Расчет топлива по воздуху и продуктам сгорания приводится в таблице 3. 2., нахождение энтальпии в таблице 3. 3.
Таблица 3. 2. Расчет топлива по воздуху и продуктам сгорания
|
№ п/п |
Наименование величины |
Обозначение |
Единицы измерения |
Расчетная формула |
Числовое значение |
|
|
1 |
Элементарный состав рабочей массы топлива |
|||||
|
углерод |
CР |
% |
По таблице 3. 1. |
85, 33 |
||
|
водород |
HР |
% |
-»- |
10, 72 |
||
|
сера |
SР |
% |
-»- |
3, 02 |
||
|
кислород |
OР |
% |
-»- |
0, 178 |
||
|
азот |
NР |
% |
-»- |
0, 198 |
||
|
зола |
АР |
% |
-»- |
0, 05 |
||
|
влага |
Wр |
% |
-»- |
0, 5 |
||
|
Коэффициент избытка воздуха |
б |
По таблице 1. 1. |
1, 15 |
|||
|
Объём углекислого газа |
VСО2 |
нм3/кг |
1, 86 (Ср /100) |
1, 588 |
||
|
Объём сернистого ангидрида |
VSО2 |
нм3/кг |
0, 68 (Sр /100) |
0, 0205 |
||
|
Объём трёхатомных газов |
VRО2 |
нм3/кг |
1, 86 (СР+0, 375 SР) /100 |
1, 6 |
||
|
Теоретически необходимое количество сухого воздуха |
V0 |
нм3/кг |
0, 089 (СР+0, 0375SР) +0, 267HР-0, 033OР |
10, 4 |
||
|
Действительный объём сухого воздуха |
V д |
нм3/кг |
б V0 |
11, 96 |
||
|
2 |
Теоретический объем азота |
V0N2 |
нм3/кг |
0, 79V0+0, 008NР |
8, 22 |
|
|
3 |
Действительный объём азота |
VN2 |
нм3/кг |
0, 79 б V0+0, 008 Nр |
9, 45 |
|
|
4 |
Объём кислорода в продуктах сгорания |
VО2 |
нм3/кг |
0, 21 (б-1) V0 |
0, 327 |
|
|
5 |
Теоретический объем водяных паров (б=1) |
V0H2O |
нм3/кг |
0, 111HР+0, 0124Wp+0, 016V0 |
1, 36 |
|
|
6 |
Избыточный объем воздуха |
Vизб |
нм3/кг |
(б-1) V0 |
1, 56 |
|
|
7 |
Действительный объем водяных паров |
VH2O |
нм3/кг |
V0H2O+0, 016 (б-1) V0 |
1, 38 |
|
|
8 |
Полный объем продуктов сгорания |
Vг |
нм3/кг |
VRО2+ V0N2+ V0Н2О + (б-1) V0 |
12, 74 |
|
|
9 |
Теоретический объём продуктов сгорания |
V0 Г |
нм3/кг |
VRО2+ V0N2+ V0Н2О |
11, 18 |
|
|
10 |
Объемная доля сухих трехатомных газов |
rRO2 |
VRO2/Vг |
0, 125 |
||
|
11 |
Объёмная доля водяных паров в продуктах сгорания |
rН2О |
- |
VН2О/ VГ |
0, 107 |
|
|
12 |
Объёмная доля трёхатомных газов в продуктах сгорания |
rП |
- |
rRО2+rНО2 |
0, 232 |
3.2 Расчет теплообмена в топке
Расчет теплообмена в топке проводим в таблице 3. 5.
Таблица 3. 5 - Расчет теплообмена в топке
|
№ п/п |
Наименование |
Обозначение |
Ед. измерения |
Расчетная формула |
Результат |
|
|
1 |
Расчетный расход топлива |
Вр |
кг/с |
По таблице 3. 4. |
0, 728 |
|
|
2 |
Располагаемая теплота топлива |
кДж/кг |
По таблице 3. 4. |
43601, 1 |
||
|
3 |
Лучевоспринимающая поверхность нагрева |
Нл |
м2 |
Принимается из справочного материала [] |
165, 5 |
|
|
4 |
Площадь стен, ограничивающих топочный объем |
Fст |
м2 |
Принимается из справочного материала [] |
177, 7 |
|
|
5 |
Объем топки |
Vт |
М3 |
Принимается из справочного материала [] |
144 |
|
|
6 |
Степень экранирования топки |
Нл/Fст |
0, 93 |
|||
|
7 |
Коэффициент сохранения теплоты |
0, 99 |
||||
|
8 |
Эффективная толщина излучающего слоя |
S |
м |
2, 9 |
||
|
9 |
Адиабатная (теоретическая) энтальпия продуктов сгорания |
Iа |
кДж/кг |
=Qхв+Qгв= 480, 8+3563, 5=4044, 3 |
44344, 7 |
|
|
10 |
Адиабатная (теоретическая) температура газов |
tа Та |
оС оК |
По -t диаграмме [] Ta=ta+273 |
2080 2353 |
|
|
11 |
Температура газов на выходе из топки |
oC оС |
Принимается ориентировочно с последующим уточнением |
1200 1473 |
||
|
12 |
Энтальпия газов на выходе из топки |
кДж/кг |
По I-t диаграмме [] |
24073, 1 |
||
|
13 |
Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания |
Vг*Сср |
кДж/кгєС |
23, 03 |
||
|
14 |
Условный коэффициент загрязнения поверхности нагрева. |
Принимается [Таблица 7. 1, методичка] |
0, 55 |
|||
|
15 |
Тепловое напряжение топочного объема |
Qv |
кВт/м3 |
220, 4 |
||
|
16 |
Коэффициент тепловой эффективности |
э |
* |
0, 5115 |
||
|
17 |
Объемная доля водяных паров в продуктах сгорания |
0, 107 |
||||
|
18 |
Суммарная объемная доля трехатомных газов в продуктах сгорания |
0, 232 |
||||
|
19 |
Суммарное парциальное давление трехатомных газов |
Pn |
МПа |
0, 0232 |
||
|
20 |
Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами |
Кг |
1, 121 |
|||
|
21 |
Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами |
Кс |
3, 76 |
|||
|
22 |
Коэффициент ослабления лучей светящейся частью пламени |
Ксв |
Кг+Кс |
4, 88 |
||
|
23 |
Cтепень черноты светящейся части факела |
асв |
0, 279 |
|||
|
24 |
Степень черноты газовой части факела |
аг |
0, 072 |
|||
|
25 |
Коэффициент |
m |
принимаем для Qv < 400 кДж/м3 [] |
0, 55 |
||
|
26 |
Эффективная степень черноты факела |
аф |
аф=mасв+ (1- m) аг |
0, 185 |
||
|
27 |
Величина относительного положения максимума температур |
m |
Принимаем по справочному материалу [] |
0, 01 |
||
|
28 |
Параметр, характеризующий распределение температуры по высоте топки |
М |
М=0, 52-0, 5Хт |
0, 515 |
||
|
29 |
Степень черноты топки |
ат |
0, 307 |
|||
|
30 |
Расчетная температура газов за топкой |
tзт Тзт |
оС
Подобные документы
 |