Слоевые топки и их виды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Слоевые топки, их типы, достоинства и недостатки

2. Коэффициент избытка воздуха. Его зависимость от вида топлива и типа топочного устройства

Задача 1,2

1. Слоевые топки, их типы, достоинства и недостатки

Слоевые топки используют только твердое топливо, подразделяются на: топки с плотным слоем и топки с кипящим слоем.

В топках с плотным слоем топливо сжигается в слое, который лежит на колосниковой решетке и продувается воздухом снизу вверх. Применяют в котельных агрегатах производительностью до 40 т/ч пара для сжигания бурых и каменных углей, полуантрацитов, кускового торфа, горючего сланца и древесных отходов. Нецелесообразно использовать слоевые топки для сжигания антрацитов, антрацитового штыба, бурых углей, фрезерного торфа и отходов углеобогащения, т.к. сжигание этих видов топлива происходит с большими потерями от механического и химического недожога. Слоевые топки - первые устройства для сжигания твердого топлива, которые широко применяют.

Слоевые топки разделяют на 3 класса:

1. с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно лежащим на ней слоем топлива;

2. с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива;

3. с движущейся колосниковой решеткой, перемещающей лежащий на ней слой топлива.

Наиболее проста слоевая топка с неподвижной горизонтальной колосниковой решеткой. На ней можно сжигать твердое топливо всех видов, но необходимость ручного обслуживания ограничивает область ее применения котлами малой паропроизводительности (до 2 т/ч). Топливо подается на колосниковую решетку сверху через загрузочную дверцу. При горении топлива слой по высоте можно разделить на 3 зоны: свежезагруженное топливо, горящий кокс и шлаковая подушка. В 1-й (верхней) зоне происходят подогрев, подсушка и выделение летучих веществ; во 2-й -- основные реакции горения углерода с образованием СО, а также летучей серы; в 3-й (твердой) -- выделение золы, образование шлаков топливных и выжиг оставшихся кусочков топлива. В топках с неподвижным слоем шлак по мере прогорания слоя опускается вниз и скапливается на поверхности колосниковой решетки, образуя шлаковую подушку, которая защищает колосники от действия высокой температуры лежащей выше зоны горения кокса. Шлаковая подушка охлаждается снизу проходящим через нее холодным воздухом. Существенный недостаток таких топок - периодичность загрузки топлива и связанная с ней цикличность процесса горения.

Топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива основаны на различных принципах организации процессов движения и горения топлива. В топках с шурующей планкой топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной колосниковой решетки особой формы планкой, движущейся возвратно-поступательно по колосниковому полотну. В котельных установках малой мощности распространены топки с подачей топлива на неподвижную решетку с помощью ротационных забрасывателей. Наиболее эффективны топки, оборудованные пневмомеханическими ротационными забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками ПМЗ-РПК. Мелкие частицы топлива относятся воздухом и сгорают в объеме топки. Количество вторичного воздуха, подводимого к забрасывателю, составляет около 15 % общего количества необходимого для горения топлива. Топки ПМЗ-РПК рекомендуются для котельных установок с паропроизводительностью до 65 т/ч.

Топки с цепной решеткой очень чувствительны к качеству топлива. Слоевые топки с цепными решетками прямого хода применяют для сжигания сортированных антрацитов, несортированных каменных углей с умеренной спекаемостью, кускового торфа и бурых углей с небольшими влажностью и зольностью. Для сжигания рядовых каменных и бурых углей и сланца с содержанием до 40% мелочи размером 0-6 мм применяют слоевые механические топки с комбинированным сжиганием топлива. Крупные куски сгорают в слое, а мелкие - во взвешенном состоянии в объеме топки. В таких топках топливо подается пневмомеханическими или пневматическими забрасывателями.

С появлением камерных топок слоевые топки стали применяться в котельных установках небольшой мощности и промышленных печах.

К достоинствам слоевых топок можно отнести:

- запас топлива в топке;

- отсутствие пылеприготовительных установок.

К недостаткам относится большой химический и механический недожоги.

2. Коэффициент избытка воздуха. Его зависимость от вида топлива и типа топочного устройства

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топлива, способа его сжигания, конструкции топки котла и принимается на основании опытных данных.

При работе котлоагрегата с пониженными нагрузками оптимальный коэффициент избытка воздуха увеличивается. В связи с этим необходимо определять оптимальный коэффициент избытка воздуха для характерных нагрузок агрегата. Рекомендуется определять его для четырех нагрузок котлоагрегата: номинальной, 75 % и 50 % номинальной, а также минимальной, при которой топка еще работает устойчиво и происходит надежная циркуляция воды в котле.

Для каждой топки в печи существует оптимальный коэффициент избытка воздуха, при котором процесс горения протекает наиболее экономично. При увеличении избытка воздуха возрастают физические потери тепла на нагрев излишнего воздуха, уносимого в дымовую трубу, и увеличивается окислительная способность печной атмосферы; при уменьшении воздуха появляются химические потери тепла, вызванные неполным сгоранием топлива. В этом случае окись углерода и другие горючие компоненты газов уносятся неиспользованными в дымовую трубу. О том, как ведется процесс горения, можно судить по содержанию в дымовых газах кислорода и двуокиси углерода. При неполном сгорании топлива увеличивается содержание СО₃ и уменьшается содержание О₂, и - наоборот, незначительное содержание СО₂ или высокое содержание кислорода О₂ говорит об избытке воздуха.

При сжигании газа и мазута, как показали многочисленные испытания, оптимальный коэффициент избытка воздуха соответствует его минимальному значению, при котором отсутствует потеря теплоты от химической неполноты горения.

При сжигании жидкого и газообразного топлив, оптимальный коэффициент избытка воздуха соответствует его минимальному значению, при котором отсутствует потеря тепла от химической неполноты горения. Поэтому для ориентировочного определения оптимального коэффициента избытка воздуха достаточно произвести анализ продуктов горения на выходе из топки или возможно ближе к ней с определением содержания ROo и О. Кроме того, измеряются: нагрузка котла, давление и температура перегрева пара, состав продуктов горения в уходящих газах, температура воздуха перед горелками, давление газа (мазута) или их расход на горелки, давление вторичного воздуха перед горелками. топка паровой котел экономайзер

Таким образом можно сделать вывод о том, что коэффициент избытка воздуха имеет очень большое влияние на работу котлоагрегата и его КПД.

Задача 1

Составить тепловой баланс парового котла, работающего на природном газе. Рассчитать КПД котла и часовой расход топлива.

Таблица 1. Расчетные характеристики природного газа

Состав газа по объему, %
СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	С6Н14	N2	CO2
98,72	0,12	0,01	0,01	-	-	1,00	0,14

Таблица 2. Технические характеристики парового котла

Наименование, условное обозначение и единицы измерения величин
1. Тип котла	ДКВР-2,5
2. Паропроизводительность котла D, т/ч	2,5
3. Давление перегретого пара Рпп ,Мпа	1,3
4. Температура перегретого пара tпп, °С	230
5. Температура насыщенного пара tн.п., °С	191
6. Температура питательной воды tп.в.,, °С	80
7. Температура уходящих газов ух, °С	145
8. Доля непрерывной продувки пр, %	3,0
9. Коэффициент избытка воздуха за экономайзером ух	1,32

При сжигании газообразного топлива все расчеты относятся к кубическому метру сухого газа при нормальных условиях (101,3 кПа и 0 °С).

1. Теплота сгорания газообразного топлива подсчитывается по формуле смешения

, кДж/м³

Так как H₂S, CO и H₂ в природных газах отсутствуют, то формула расчета примет вид:

кДж/м³

где и т.д. - теплота сгорания каждого газа, входящего в состав топлива, кДж/м³; принимается по таблице.

Таблица 3. Теплота сгорания отдельных газов, входящих в состав газообразного топлива

Наименование газа	Обозначение	, кДж/м3	Наименование газа	Обозначение	, кДж/м3
Метан	СН4	35880	бутан	С4Н10	123150
Этан	С2Н6	64360	пентан	С5Н12	156630
Пропан	С3Н8	93180	гексан	С6Н14	173170

кДж/м³

2. Теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1м³ газообразного топлива в атмосферном воздухе (коэффициент избытка воздуха )

, м³/м³

В условиях задачи формула примет вид:

, м³/м³

, м³/м³

3. Теоретические (минимальные) объемы продуктов сгорания при полном сгорании топлива с теоретическим количеством воздуха ()

Теоретический объем азота, м³/м³

, м³/м³

Объем трехатомных газов, м³/м³

В условиях задачи формула будет иметь вид:

, м³/м³

, м³/м³

Теоретический объем водяных паров

, м³/м³

где - влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м³ сухого газа; принять г/м³

В условиях задачи формула имеет вид:

, м³/м³

, м³/м³

4. Действительные объемы продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха >1

Объем водяных паров, м³/м³

, м³/м³

Объем дымовых газов, м³/м³

, м³/м³

5. Энтальпия воздуха и продуктов сгорания при температуре уходящих газов _ух

Энтальпия теоретически необходимого воздуха

, кДж/м³

где - энтальпия 1 м³ воздуха при _в =_ух; определяется методом интерполяции по данным таблицы:

, кДж/м³

где °С, °С - пределы температур, между которыми находится расчетная температура уходящих газов _ух;

- энтальпии 1 м³ воздуха при температуре , соответственно, кДж/м³

Проверку результатов расчета проводим по неравенству

>>

Таблица 4 . Энтальпия 1 м³ газов и воздуха

, °С	кДж/м3
100	171,7	130,1	150,5	132,7
200	360,0	261,0	304,0	267,0

Энтальпия 1 м³ воздуха

, кДж/м³

Проверка результата расчета

267>193,1>132,7

Энтальпия теоретически необходимого воздуха

, кДж/м³

Энтальпия уходящих дымовых газов при коэффициенте избытка воздуха и _ух

, кДж/м³

где - энтальпия 1 м³ продуктов сгорания при _ух, кДж/м³; определяются методом интерполяции аналогично .

Энтальпия 1 м³ продуктов сгорания

, кДж/м³

Проверка результата расчета

360,0>256,4>171,7

, кДж/м³

Проверка результата расчета

261,0>189,0>130,1

, кДж/м³

Проверка результата расчета

304>219,6>150,5

Энтальпия уходящих дымовых газов при коэффициенте избытка воздуха и _ух

, кДж/м³

Энтальпия уходящих дымовых газов на 1 м³ топлива при >1

, кДж/м³

, кДж/м³

Если принять температуру холодного воздуха t_х.в.=30 °С, то энтальпия холодного воздуха

, кДж/м³

где 39,8 кДж/м³ - энтальпия 1 м³ воздуха при t_х.в.=30 °С.

, кДж/м³

6. Тепловые потери в котле.

6.1 Потеря тепла с уходящими газами

, кДж/м³

где - располагаемое тепло топлива,

, кДж/м³

где - низшая теплота сгорания сухой массы газообразного топлива, кДж/м³;

- физическое тепло топлива, кДж/м³; учитывается при наличии предварительного подогрева топлива посторонним источником тепла (в условиях задачи =0).

, кДж/м³

, кДж/м³

%

6.2 Потеря тепла с химическим недожегом топлива ; принимается 0,5%

;, кДж/м³

, кДж/м³

6.3 Потеря тепла от механического недожега при сжигании газообразного топлива принимается равной нулю: ; .

6.4 Потерю тепла от наружного охлаждения принимаем по таблице в зависимости от паропроизводительности котла , кДж/м³

При паропроизводительности котла 2,5 т/ч =3,6%.

, кДж/м³

6.5 Потеря тепла с физическим теплом шлака при сжигании газообразного топлива; .

6.6 Суммарные потери тепла в котле , %

, %

7. Тепловой баланс котла

Коэффициент полезного действия котла по методу обратного баланса

, %

, %

Полезно использованное тепло 1 м³ топлива в котле , кДж/м³

, кДж/м³

Тепловой баланс котла при сжигании газообразного топлива

, кДж/м³

где , кДж/м³

, кДж/м³

35518,635519,6 кДж/м³

8. Расход топлива, подаваемого в топку котла

Секундный расход пара

, кг/с

где - паропроизводительность котла, т/ч.

, кг/с

Расход воды на продувку котла

, кг/с

где - доля непрерывной продувки.

, кг/с

Полное количество тепла, полезно использованное в котле

, кВт,

где - энтальпия перегретого пара при Р_пе и t_пе, кДж/кг; определяется интерполяцией по данным таблицы;

- энтальпия питательной воды;

, кДж/кг

- энтальпия кипения воды при давлении Р_б в барабане котла, кДж/кг. Давление в барабане котла принимаем равным давлению перегретого пара, т.к. потери давления в пароперегревателе невелики, и ими можно принебречь.

=814,8 кДж/кг.

Таблица 5. Энтальпия перегретого пара

t, °С	Рпе =1,0 Мпа	Рпе =1,5 МПа
	, кДж/кг	, кДж/кг
200	2828,3	2796,0
210	2852,2	2823,9
220	2875,6	2850,2
230	2898,4	2875,5
240	2921,0	2900,0
250	2943,2	2924,0

Энтальпия при t_пе=230 °С, Р_пе=1,3 Мпа

, кДж/кг

Энтальпия питательной воды

, кДж/кг

Полное количество тепла, полезно использованное в котле

, кВт,

Расход топлива

, м³/с

где - тепло с внешним подогревом воздуха;

- тепло, внесенное в топку паровым дутьем;

, м³/с

Часовой расход газа , тыс. м³/ч.

тыс. м³/ч.

Задача 2

Определить геометрические характеристики чугунного экономайзера для котла, рассчитанного в задаче 1.

Чугунный экономайзер котлов малой мощности компонуется из стандартных труб ВТИ или ЦККБ с квадратными или прямоугольными ребрами.

Таблица 1. Характеристики чугунного экономайзера с трубами системы ВТИ

Наименование, условное обозначение, единицы измерения величин	Величина
1. Длина трубы ВТИ l, мм	1500
2. Число труб в ряду zp, шт.	2
3. Тепловосприятие экономайзера , кДж/м3	2630
4. Коэффициент теплопередачи k, Вт/(м2·К)	19
5. Средний температурный напор Дt, К	92

Таблица 2. Геометрические характеристики экономайзера

Наименование, условное обозначение, единицы измерения величин	Величина
1. Наружный диаметр труб d, мм	76
2. Толщина стенки труб д, мм	8
3. Размеры квадратного ребра b, мм b', мм	150 146
4. Длина трубы l, мм	1500
5. Число труб в ряду zр, шт.	2
6. Поверхность нагрева с газовой стороны одной трубы Нтр, м2	2,18
7. Живое сечение для прохода газов одной трубы Fтр, м2	0,088
8. Поверхность нагрева с газовой стороны одного ряда Нр, м2	4,36
9. Живое сечение для прохода газов Fг, м2	0,176
10. Сечение для прохода воды fв, м2	0,00565
11. Поверхность нагрева экономайзера Нэк, м2	83,5
12. Количество рядов экономайзера nр, шт.	20
13. Количество петель nпет., шт.	10
14. Высота экономайзера hэк, м	1,5
15. Общая высота экономайзера с учетом рассечек , м	3

d, д, b, b' принимаются по рисунку 1.

Рисунок 1. Труба ВТИ

Н_тр и F_тр, м² - принимаем по таблице в зависимости от длины трубы (l=1500м).

Н_тр=2,18 м²;

F_тр=0,088 м².

Поверхность нагрева с газовой стороны одного ряда

, м²

, м²

Живое сечение для прохода газов одного ряда

, м²

, м²

Сечение для прохода воды одного ряда

, м²

где - внутренний диаметр трубы, мм.

, мм

, м²

Поверхность нагрева экономайзера (по уравнению теплопередачи)

, м²

где - тепловосприятие экономайзера с 1 м³, кДж/м³;

В_р - секундный расход топлива, м³/с;

k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К);

Дt - средний температурный напор в экономайзере, К.

, м²

Количество рядов в экономайзере

, шт.

, шт.

Количество петель

, шт.

, шт.

Высота экономайзера

, м

где - размер квадратного ребра, мм

, м

Общая высота экономайзера с учетом рассечек

, м

где 0,5 м - высота одной рассечки;

- количество ремонтных рассечек, которые принимаются через каждые 8 рядов, шт.

, м

Литература

1. Эстеркин Р.И. Промышленные котельные установки. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1985.

2. Эстеркин Р.И. Эксплуатация, наладка и испытание теплотехнического оборудования промышленных предприятий. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1984.

3. Эстеркин Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование. - Л.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). - 3-е изд., перераб. и доп. - Спб.: НПО ЦКТИ, 1998.

5. Аэродинамический расчет котельных установок (Нормативный метод)/ Под ред. С.И. Мочана. - 3-е изд. - Л.: Энергия, 1977.

6. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. - М6 Изд-во МЭИ, 1999.

7. Паровые и водогрейные котлы. Справочное пособие. - 2-е изд., переаб. и доп. - СПб.: Изд-во «Деан», 2000.

Размещено на Allbest.ru

...