Модернизация котельной Мурманского аэропорта с применением водомазутной эмульсии и конденсационного утилизатора тепла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В своей выпускной квалификационной работе я рассматриваю вопрос об энергосбережении в работе газомазутных котлов, работающих на низкосортных и высокосернистых мазутах, на примере котла ДКВР 20-13 ГМ, установленного в котельной аэропорта в г. Мурманск.

Во введении рассмотрены преимущества применения водомазутной эмульсии в качестве котельного топлива.

В работе произведено описание теплооборудования котельной аэропорта в г. Мурманск и приведены их технические характеристики.

Проведены тепловые расчеты котла ДКВР 20-13 ГМ при наличии и отсутствии на поверхностях нагрева отложений при использовании в качестве топлива мазут и водомазутную эмульсию.

В данной работе оценена возможность применения конденсационных утилизаторов тепла продуктов сгорания, при использовании продувочной воды в качестве добавки к мазуту, а разработана его конструкция.

Рассмотрены вопросы охраны окружающей среды и охраны труда.

Представлен расчет технико-экономических показателей, показана необходимость и целесообразность применения диспергаторов для получения водомазутной эмульсии.



Abstract

In my graduation qualification work, I consider the issue of energy saving in the operation of gas-oil boilers operating on low-grade and high sulfur fuel oil, using the example of the DKVR boiler 20-13 GM installed in the boiler room of the airport in Murmansk.

The introduction considers the advantages of using a water-oil emulsion as a boiler fuel.

A description has been made of the heating equipment of the boiler-house of the airport in Murmansk and their technical characteristics.

Thermal calculations of the boiler DKVR 20-13 GM in the presence and absence on the heating surfaces of deposits with fuel oil and water-oil emulsion.

In this work, it is estimated the possibility of using condensing heat recovery products of combustion products, using purging water as an additive to fuel oil.

The issues of environmental protection and occupational Safety and Health.

The calculation of technical and economic indicators is presented, the necessity and expediency of using dispersants for the production of water-oil emulsion.



Содержание

Введение

1. Описание объекта

1.1 Техническая характеристика основного оборудования

1.1.1 Техническая характеристика парового котла ДКВР 20-13 ГМ

1.1.2 Техническая характеристика парового котла ДКВР 6,5-13 ГМ

1.2 Техническая характеристика вспомогательного оборудования

1.2.1 Техническая характеристика сетевых насосов

1.2.2 Техническая характеристика питательных насосов

1.2.3 Техническая характеристика мазутных насосов

1.3 Описание котла ДКВР 20-13 ГМ

2. Тепловые расчеты котла ДКВР 20-13 ГМ при различных загрязнениях

2.1 Исходные данные

2.2 Теоретический тепловой расчет фактического состояния котла ДКВР 20-13 ГМ

2.2.1 Расчет объема воздуха для горения, состава и теплосодержания продуктов сгорания

2.2.1.1 Расчет объема воздуха для горения и состава продуктов сгорания топлива

2.2.1.2 Расчет теплосодержания продуктов сгорания

2.2.2 Предварительный тепловой баланс котла

2.2.3 Поверочный расчет топочной камеры

2.2.4 Поверочный расчет конвективного газохода

2.2.5 Расчет водяного экономайзер ЭП2-236

2.2.6 Окончательный тепловой баланс

2.3 Теоретический тепловой расчет котла ДКВР 20-13 ГМ, переведенного на использование водомазутной эмульсии

2.3.1 Расчет объема воздуха для горения, состава и теплосодержания продуктов сгорания

2.3.1.1 Расчет объема воздуха для горения и состава продуктов сгорания ВМЭ

2.3.1.2 Расчет теплосодержания продуктов сгорания ВМЭ

2.3.2 Предварительный тепловой баланс котла

2.3.3 Поверочный расчет топочной камеры

2.3.4 Поверочный расчет конвективного газохода

2.3.5 Расчет водяного экономайзера

2.3.6 Окончательный тепловой баланс

Выводы по разделу

2.4 Ориентировочный расчет конденсационного утилизатора тепла

3. Подбор диспергаторов

3.1 Проблема применения обводненного мазута

3.2.1 Выбор необходимых диспергаторов

4. Охрана окружающей среды

4.1 Воздействие теплоэнергетических предприятий на окружающую среду

4.2 Краткая характеристика загрязняющих веществ, выбрасываемых котельными установками в атмосферу

4.2.1 Воздействие оксида углерода

4.2.2 Воздействие диоксида углерода

4.2.3 Воздействие диоксида серы

4.2.4 Воздействие серного ангидрида

4.2.5 Воздействие окислов азота

4.2.6 Воздействие тяжелых металлов

4.3 Мероприятия для снижения уровня выбросов в атмосферу на котельных

4.4 Мероприятия для снижения уровня выбросов в атмосферу на котельной аэропорта г. Мурманска

Выводы по разделу

5. Расчет освещенности

5.1 Виды освещения

5.2 Системы освещения

5.3 Требования к качеству освещения

5.4 Методы расчета освещения

5.4.1 Метод удельной мощности

5.4.2 Метод коэффициента использования светового потока

6. Охрана труда

6.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов при модернизации котла ДКВР20-13 ГМ в аэропорту котельной в г Мурманска

6.2 Разработка технических мероприятий по снижению воздействия опасных и вредных производственных факторов на работающих

6.2.1 Требования к производственным помещениям, оборудованию и его размещению

6.2.2 Требования к рабочим местам и инструменту

6.2.3 Требования к технологическим процессам

6.3 Пожарная безопасность

6.3.1 Причины пожаров и взрывов

6.3.2 Технические мероприятия по профилактике и тушению пожаров

7. Расчет технико-экономических показателей

7.1 Расчет капитальных затрат

7.2 Расчет затрат на оборудование

7.3 Расчет стоимости строительно-монтажных работ

7.4 Расчет стоимости прочих работ, пуско-наладочных работ, проектно-конструкторских работ и дохода строительной организации

7.5 Определение экономии средств от установки диспергатора для получения ВМЭ

7.6 Показатели эффективности

7.7 Сводные показатели экономической эффективности

Выводы по разделу

Заключение

Список литературы



Введение

Объектом данной выпускной квалификационной работы является анализ существующего положения по сжиганию мазута в котлах котельной аэропорта г. Мурманск и предложение по улучшению процессов горения в котле при помощи устройства для получения водомазутной эмульсии посредством обработки мазута с добавлением продувочной воды.

На данный момент на объекте котельной аэропорта г. Мурманска введены в эксплуатацию два котла ДКВР 20-13 ГМ и котел ДКВР 6,5-13 ГМ, которые в свою очередь имеют низкое качество сгорания топлива из-за плохого распыла. В результате этого мазут не успевает полностью сгорать и откладывается на поверхностях, что уменьшает теплопередачу.

Еще одной проблемой является обводненность мазута. Нахождение воды в мазуте, которая содержится в нем в виде линз и мешков, может погасить факел, в результате чего котел необходимо будет останавливать.

Основной целью работы является модернизация системы топливоподачи и продувки котла ДКВР 20-13 ГМ, использующий в качестве топлива водомазутную эмульсию, в следствие чего улучшится процесс горения, снизятся выбросы вредных веществ в атмосферу, уходящие с дымовыми газами, а также будет устранено образование сажистых отложений и нагаров на теплопередающих поверхностях котла.

Осуществление данной задачи достигается за счет внедрения диспергаторов (специальные устройства, в которых образуется водомазутная эмульсия).

Водомазутная эмульсия (далее - ВМЭ) - это синтетическое жидкое топливо, представляющее собой дисперсную систему из двух нерастворимых друг в друге жидкостей. ВМЭ отличается от мазута как физико-химическими свойствами, так и особенностями горения и теплообмена. При сжигании в топочной камере ВМЭ процессы горения ускоряются и происходит снижение токсичных выбросов [1].

В основу положены известные данные по улучшению процесса горения и уменьшению токсичных выбросов при сжигании в топке ВМЭ [2]. Сравнительные данные о горении безводного и эмульгированного топлива показывают, что эмульгирование топливо сгорает значительно быстрее безводного. Скорость горения увеличивается за счет увеличения поверхности нагрева топлива вследствие более качественного распыливания ВМЭ.

Увеличение поверхности нагрева топлива характеризуется вторичным диспергированием в результате микровзрыва перегретой воды в капле ВМЭ.

Смешивание топлива происходит в диспергаторе, который устанавливается непосредственно перед форсункой топочной камеры [3].

Существуют различные варианты схем по сжиганию ВМЭ: схема с центральным узлом приготовления ВМЭ, схема с индивидуальным узлом приготовления ВМЭ, а также комбинированная схема.

Схема с центральным узлом приготовления ВМЭ является самой простой. Однако в данной схеме в случае добавки продувочной воды в тракт топлива происходит обводнение всего потока мазута, циркулирующего в контуре, включая мазутные резервуары, что нежелательно.

При индивидуальном узле приготовления ВМЭ обводнение мазута предусматривается лишь на входе в отдельные котлы. При этом остаётся такой недостаток, как проскок большой водяной линзы из хранилища, приводящий к погасанию факела.

Наибольшие возможности для приготовления ВМЭ и гибкость в эксплуатации оборудования достигаются при реализации комбинированного способа приготовления ВМЭ, совмещающего преимущества двух рассмотренных выше вариантов [4].

Качество эмульсии характеризуется в основном двумя показателями - дисперсностью и равномерностью распределения глобул в дисперсионной среде (мазуте). Размеры дисперсной фазы (воды) зависят от технологии приготовления, вязкости, физико-химических свойств мазута, а также времени хранения и колеблются в переделах от 1 до 70 мкм.

Эффективность сжигания ВМЭ характеризуется наличием и силой микровзрыва. Максимальный эффект микровзрыва капли эмульсии достигается при размерах дисперсной фазы около 8-16 мкм. ВМЭ на базе мазута марки М-100 при температуре 60 однородна, устойчива к расслоению в течение 48 часов чего вполне достаточно для стабильной и надежной работы мазутного хозяйства и котельной [5].

В пламени при высокой температуре вода действует как катализатор и частично разлагается на водород, кислород или водород и гидроксильную группу.

Роль воды в пламени заключается в том, что полярная молекула воды способствует улучшению ориентации активных частиц (разорванных или возбужденных молекул углеводородов). Это существенно ускоряет процесс окисления. Экспериментально установлено, что присутствие водяных паров ускоряет процесс горения в 3-4 раза.

Капля воды быстро нагревается при высокой температуре в топочной камере, вследствие чего за счет невысокой температуры кипения (испарения) воды данная капля как бы взрывается (плотность водяного пара 1200 раз меньше плотности воды), разрывая на себе несущую пленку мазута на более мелкие капли, которые сгорают за время, равное 0,04 с. Мазут же без ввода в него воды сгорает равномерно без взрыва в течении 5-6 с. Из этого следует, что скорость сгорания увеличивается как минимум в 3 раза.

Одним из важных факторов, описывающих эффективность применения ВМЭ в топочных процессах, является увеличение эффективности и долговечности топочного оборудования. При сжигании эмульсии часть капель долетает до поверхностей и взрывается на них, что способствует не только предотвращению отложений, но и чистке этих поверхностей от старых сажистых отложений, которые образовались при сжигании безводного мазута, в результате чего отсутствует перерасход топлива [5].

Имеем, что технология эмульгирования мазута обладает рядом преимуществ:

существенно упрощается технология и уменьшаются энергозатраты на подготовку топлива к сжиганию; из цикла топливоподготовки исключаются операции отстаивания, дренирования и очистки топлива от подтоварной воды; уменьшается расход пара и электроэнергии на длительный прогрев топлива в емкостях хранения, обеспечивающих отстаивание воды, которая присутствует в мазуте после его приемки и парового разогрева перед сливом из цистерн (в процессе предсливных операций в мазут за счет конденсации пара разогрева может быть введено 6-10% воды). Вся эта вода может быть с пользой, для улучшения характеристик топлива, переработана кавитационным диспергатором в ВМЭ. Благодаря этому, появляется возможность создания бессточных мазутных хозяйств, исключающих сбросы замасленных вод в окружающую среду;

хранение ВМЭ в мазутных емкостях может осуществляться при значительно более низких температурах по сравнению с регламентом длительного хранения традиционных мазутов. Это обеспечивает, наряду с экономией тепловой энергии на поддержание температурных условий хранения топлива, сохранение его качественных характеристик, поскольку снижается испарение легких углеводородов, не ухудшаются текучесть и гомогенность топлива, поддерживается его способность к воспламенению в топке, не происходит выпадение парафиновых фракций;



1. Описание объекта

В 1974 году в аэропорту г.Мурманска была построена котельная на жидком топливе (мазут), предназначенная для отопления аэровокзального комплекса. Спустя 12 лет котельная подверглась реконструкции, в результате чего увеличилась ее мощность, а так же была проложена теплотрасса с аэропорта до поселка Мурмаши, к которой были присоединены жилые дома авиагородка. Благодаря этому была решена проблема отопления, а также отопления жилых домов, вводимых в эксплуатацию в начале 90-х годов. С течением времени новые условия жизни поставили новые проблемы эксплуатации жилого фонда авиапредприятия и с 2006 года теплотрасса аэропорт-Мурмаши была демонтирована.

Основное топливо, которое используется на предприятие аэропорта в качестве котельно-печного мазут М-100.

Топочный мазут марки М-100, разогреваемый острым паром в железнодорожных цистернах, поступающих на железнодорожную эстакаду для слива (2 цистерны одновременно), самотеком поступает в резервуар «0» - 60м³. После дальнейшего подогрева до температуры 60 - 70 °С из резервуара «0» глубинными насосами типа 12НА 9х4-4760 в количестве 2 шт. (мощность каждого 15 кВт), мазут перекачивается в расходные резервуары: № 1 емкостью 200 м³; № 2 емкостью 750 м³; № 3 емкостью 750 м³. В расходных резервуарах мазут, в зависимости от цели использования, подогревается до температуры в диапазоне 55 - 80 °С. В мазутонасосной станции мазут через подогреватели № 1; № 2; № 3, насосами № 1; № 2; № 3 типа НМШ8-25-6.3/25У3, мощность 7,5 кВт и температурой в диапазоне от 100 °С до 120 °С поступает в котельный цех на котлы. Условная схема подачи мазута показана на рисунке 1.1.



Рисунок 1.1 - Условная схема подачи мазута в котельную аэропорта г.Мурманск.

Котел ДКВр-6.5-13ГМ № 1 введен в эксплуатацию в сентябре 2011 года: производительность 6,5 т/ч, давление 13 кгс/см²; дутьевой вентилятор ДН-8: частота вращения 1500 об/мин, мощность 15 кВт; дымосос центробежный котельный ДН-10-1000: частота вращения 970 об/мин, мощность 11 кВт.

Котел ДКВр-6,5-13ГМ № 2 смонтирован в 2016 году, проведены пусконаладочные работы, ожидается введение в эксплуатацию. Производительность б,5 т/ч, давление 13 кгс/см².

Котел ДКВр-20-13ГМ № 3 введен в эксплуатацию со дня основания котельной. производительность 20 т/час, давление 13 кгс/см²; дутьевой вентилятор ВДН-11,2 мощность 20 кВт; дымосос ДН-10 мощность 75 кВт. Котел работает при больших нагрузках -- при очень низких температурах зимой и при приёме мазута в цистернах.

Горячие продукты сгорания топлива, отдают своё тепло поверхностям нагрева котла, в результате чего вырабатывается пар, который поступает по системе паропроводов на подогреватели сетевой воды типа ПСВ № 1; № 2; № 3; № 4, каждый с поверхностью нагрева по 53,9 м². На ПСВ происходит отдача тепловой энергии сетевой воде (трубопровод сетевой воды), которая поступает через тепловой счетчик MULTICAL UF потребителю и после отдачи тепловой энергии возвращается в котельную (трубопровод обратной воды). Насосы типа К-20/30 N2 1, мощность 11 кВт; К-20/30 К 2, мощность 4 кВт осуществляют подпитку сетевой воды при утечках в тепловой сети.

Насосы сетевые: № 1, 2 типа Д-320-50 с частотой вращения 1450 об/мин, мощностью 75 кВт; № 3 типа Д-200-36 с частотой вращения 1450 об/мин, мощностью 45 кВт осуществляют подачу сетевой воды на ПСВ (происходит замкнутая система теплопередачи). Система является закрытой. Подогрев воды у потребителей осуществляется прямой и обратной водой в подогревателях ГВС.

Отдавший тепло сетевой воде пар (конденсат) поступает на деаэратор типа ДА-25/8, введенный в эксплуатацию в сентябре 2011 г. Он предназначен для подготовки питательной воды, используемой в котле для производства пара, путем удаления из нее коррозийно-агрессивных газов.

Питательная вода подаётся питательными насосами: № 1 типа ЦНСГ-13/175 мощность 22 кВт с частотой вращения 2930 об/мин; № 2 типа ЦНСГ-40-176 мощность 45 кВт с частотой вращения 2940 о6/мин.

Отдавший тепло пар (конденсат), используемый для подогрева мазута в резервуарах РВС № 1; № 2; № 3 и «0», поступает в конденсатную ёмкость для его дальнейшего использования в технологическом процессе.

В результате выработанная котлом тепловая энергия используется для собственных и производственных нужд.

Дымовая труба длиной Н-30 м, диаметр устья 1.2 м.

В мазутном хозяйстве предусмотрена система приёма топочного мазута из автоцистерн двумя насосами типа Ш-80-2.5-37.5/2.5У3 мощность по 11 кВт.

Предусмотрена система заправки автоцистерн топочным мазутом из резервуаров № 2 и № 3 насосами типа Ш-80-2.5-37.5/2.5У3 мощность 11 кВт.

После ремонтного периода предусмотрена система разогрева топочного мазута в расходном резервуаре № 1 паром, поступающим с котла. Для этого применяется дизельное топливо в количестве 3 т, насос типа ДБГ-11-11, дата изготовления 05.2011 г , мощность 2,2 кВт.

На питательной линии котлов ДКВр №2, №3 (в районе экономайзеров) установлены двухходовые регулирующие клапана типа ЕСПА-02РГ, РУ- 16 кгс/см², Ду-50 мм. На питательной линии котла ДКВР N 1 (в районе экономайзера) установлен регулирующий клапан типа КРП-50М, Ру-16 кгс/см², Ду -50 мм в комплекте с механизмом электрическим однооборотным МЭО-40/63.

На подпиточной линии (трубопровод обратной сетевой воды) установлен частотный преобразователь N700Е.

На трубопроводе химически очищенной воды, поступающей в деаэратор для питания котлов, установлен регулирующий клапан типа КРП-50М, Ду 50 мм в комплекте с механизмом электрическим однооборотньпи МЭО-40/63.

Водоподготовка в котельной: четыре фильтра Nа-катионитовые, наружным диаметром 700 мм, длинна загрузки-3270 мм, площадь фильтрации каждого 39 м³



1.1 Техническая характеристика основного оборудования

1.1.1 Техническая характеристика парового котла ДКВР 20?13 ГМ

На котельной аэропорта г. Мурманска установлено два котла ДКВР 6,5-13 ГМ и котел ДКВР 20-13 ГМ. Техническая характеристика котлов приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Техническая характеристика котла ДКВР 20-13 ГМ [8]

Параметр	Значения при загрузках, %
	50	75	100
Паропроизводительность,			12
Состояние пара	Насыщенный
Рабочее давление пара в барабане котла,		,0	10,0
Температура питательной воды,
Температура уходящих газов за котлом,
Температура уходящих газов за экономайзером,	147	220
Коэффициент избытка воздуха за котлом		1,47
Коэффициент полезного действия «Брутто», %		85,4
Расход натурального топлива, при Qн.р.=8430 ккал/кг		885,14

Котел ДКВР 20?13 ГМ имеет стандартный стальной экономайзер БВЭС-V-1. Техническая характеристика экономайзера приведена в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Техническая характеристика чугунного экономайзера БВЭС-V-1 [9]

Параметр	Значение
Площадь поверхности нагрева,
Длина труб,
Гидравлическое сопротивление, не более
Температура воды на входе,
Масса,
Габаритные размеры, :
длина
ширина
высота

1.1.2 Техническая характеристика парового котла ДКВР 6,5-13 ГМ

На котельной установлено два котла ДКВР 6,5?13 ГМ. Техническая характеристика котла приведена в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Техническая характеристика котлов ДКВР 6,5-13 ГМ [8]

Параметр	Значение при нагрузках, %
	50	75	95
Паропроизводительность,			6,2
Состояние пара	Насыщенный
Рабочее давление котла,		8,0
Температура питательной воды перед экономайзером,
Температура питательной воды после экономайзера,		135
Температура за котлом уходящих газов,		265
Коэффициент избытка воздуха за котлом		1,33
Коэффициент полезного действия «Брутто», %		90,1
Удельный расход условного топлива на 1 Гкал выработанного тепла, кг/Гкал		160,5

Котел ДКВР 6,5-13 ГМ имеет чугунный экономайзер ЭБ-2-236И. Техническая характеристика экономайзера ЭБ-2-236И указана в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Техническая характеристика чугунного экономайзера ЭБ-2-236И

Параметр	Значение
Площадь поверхности нагрева,
Длина труб,
Гидравлическое сопротивление, не более
Температура воды на входе,
Масса,
Габаритные размеры, :
длина
ширина
высота

1.2 Техническая характеристика вспомогательного оборудования

1.2.1 Техническая характеристика сетевых насосов

Сетевые насосы типа Д-320-50 (2шт) и насос типа Д-200-36 (1шт), установленные на котельной, предназначены для подачи сетевой воды на ПСВ (происходит замкнутая система теплопередачи).

Технические характеристики сетевых насосов Д-320-50 и Д-200-36 приведены в таблице 1.5 и 1.6.

Таблица 1.5 - Техническая характеристика сетевых насосов Д-320-50 [10]

Параметр	Значение
Подача,
Напор,
Частота вращения электродвигателя,
Мощность двигателя,
К.п.д.,
Масса агрегата,

Таблица 1.6 - Техническая характеристика сетевого насоса Д-200-36 [10]

Параметр	Значение
Подача,
Напор,
Частота вращения электродвигателя,
Мощность двигателя,
К.п.д.,
Масса агрегата,

1.2.2 Техническая характеристика питательных насосов

Питательная вода подается питательными насосами типа ЦНСГ-13-175 и ЦНГС-40-176.

Технические характеристики питательных насосов ЦНСГ-13/175 приведены в таблице 1.7 и 1.8.

Таблица 1.7 - Техническая характеристика питательного насоса ЦНСГ-13-175 [10]

Параметр	Значение
Подача,
Напор,	175
Частота вращения электродвигателя,
Мощность двигателя,
Масса агрегата,

Таблица 1.8 - Техническая характеристика питательного насоса ЦНСГ-40-176 [10]

Параметр	Значение
Подача,
Напор,
Частота вращения электродвигателя,
Мощность двигателя,
Масса агрегата,

1.2.3 Техническая характеристика мазутных насосов

Два мазутные насоса Ш-80-2,5-37,5/2,5УЗ, установленные на котельной, предназначены для подачи мазута к форсункам котлов.

Техническая характеристика мазутных насосов приведена в таблице 1.9.



Таблица 1.9 - Техническая характеристика мазутных насосов Ш-80-2,5-37,5/2,5УЗ [10]

Параметр	Значение
Подача,
Давление насоса,
Частота вращения электродвигателя,
Мощность двигателя,
Масса агрегата,

1.3 Описание котла ДКВР-20-13 ГМ

Тип котла ? двухбарабанный котел, водотрубный, реконструированный.

Котел ДКВР 20?13 ГМ поставляется в облегченной обмуровке и обшивке тремя блоками: один конвективный, состоящий из верхнего и нижнего барабанов одинаковых размеров с питательными паросепарационными устройствами, кипятильного пучка и опорной рамы, и два блока топочной камеры, состоящие из экранов и опорных рам. Топочные и конвективные блоки могут быть поставлены без обшивки и обмуровки. В этом случае поставка обмуровочных материалов согласовывается с заказчиками. Наличие опорных рам позволяет перемещать блоки котла ДКВР 20?13 ГМ при помощи простых такелажных средств [12].

В котле ДКВР 20?13 ГМ производительностью 20 применена двухступенчатая схема испарения. Первая ступень испарения включает конвективный пучок, фронтовой и задний экраны, а также боковые экраны заднего топочного блока. Боковые экраны переднего топочного блока включены во вторую ступень испарения. Сепарационными устройствами второй ступени испарения являются выносные циклоны центробежного типа. Циркуляционные контуры второй ступени испарения замыкаются через выносные циклоны и их опускные трубы; первой ступени испарения ? через опускную часть конвективного пучка. Питание циркуляционного контура второй ступени испарения осуществляется из нижнего барабана в выносные циклоны [13].

Котел ДКВР 20?13 ГМ имеет два барабана: верхний и нижний, а также экранированную топочную камеру. Трубы боковых экранов в котле приварены к двум верхним камерам. Нижние концы экранных труб приварены к нижним камерам. Также экранированы фронтовая и задняя стенка топки.

Продольно расположенные барабаны соединены развальцованными в них гнутыми кипятильными трубами, образующими развитый котельный пучок.

Топка котла ДКВР 20?13 ГМ делится на две части: собственно топку и камеру догорания, отделенную от топки задним экраном котла. Горячие газы омывают кипятильные трубы котла прямым током. Питательная вода подается в верхний барабан.

Вода в трубы фронтового экрана котла ДКВР 20?13 ГМ поступает только из верхнего барабана, а в трубы заднего экрана ? из нижнего [12].

Для повышения надежности работы циркуляционных контуров боковых экранов котел ДКВР 20?13 ГМ с двухступенчатым испарением имеет рециркуляционные трубы диаметром 512.5 мм, расположенные в обмуровке боковых стенок топки. В верхних барабанах размещаются сепарационные и питательные устройства, нижние барабаны являются шламоотстойниками. Схема циркуляции котла приведена на рисунке 1.2.



Рисунок 1.2. Схема циркуляции котла ДКВР 20-13 ГМ

1 ? вторая ступень испарения; 2 ? фронтовой экран; 3 ? камера; 4 ? непрерывная продувка; 5 ? рециркуляционные трубы; 6 ? перепускная труба из верхнего коллектора в барабан; 7, 10, 11 ? верхние камеры; 8 ? выносные циклоны; 9 ? перепускные трубы из верхней камеры в выносной циклон; 12 ? перепускные трубы из выносного циклона в барабан; 13 ? патрубок отвода пара; 14 ? сепарационное устройство; 15 ? питательные линии; 16 ? верхний барабан; 17 ? нижний барабан; 18 ? конвективный пучок; 19, 20, 23, 24 ? нижние камеры; 21 ? подпиточные трубы; 22 ? боковые экраны; 25 ? перепускная труба; 26 ? опускные трубы; 27, 29, 30, 31 ? перепускные трубы; 28 ? пароотводящие трубы.

Питательная вода по питательным трубопроводам 15 поступает в верхний барабан 16, где смешивается с котловой водой. Из верхнего барабана по последним рядам труб конвективного пучка 18 вода опускается в нижний барабан 17, откуда по подпиточным трубам 21 направляется в циклоны 8. Из циклонов по опускным трубам 26 второй ступени испарения, пароводяная смесь поднимается в верхние камеры 10 этих экранов, откуда поступает по трубам 9 в выносные циклоны 8, в которых разделяется на пар и воду. Вода по трубам 31 опускается в нижние камеры 20 экранов, отсепарированный пар по перепускным трубам 12 отводится в верхний барабан. Циклоны соединены между собой перепускной трубой 25

Экраны первой ступени испарения питаются из нижнего барабана. В нижние камеры 20 боковых экранов 22 вода поступает по соединительным трубам 30, в нижнюю камеру 19 заднего экрана по другим трубам. Фронтовой экран 2 питается из верхнего барабана ? вода поступает в нижнюю камеру 3 по опускным трубам .

Пароводяная смесь отводится в верхний барабан из верхних камер 10 боковых экранов первой ступени испарения по пароотводящим трубам 28, из верхней камеры 11 заднего экрана трубами 29, из верхней камеры 7 фронтового экрана трубами 6. Фронтовой экран имеет рециркуляционные трубы 5 [13].

В котле ДКВР 20?13 ГМ по окружности верхнего барабана, в области труб экранов и подъемных труб котельного пучка, установлены щитки, подающие пароводяную смесь на зеркало испарения.

Барабаны котла ДКВР 20?13 ГМ изготавливаются из стали 16ГС и имеют одинаковые внутренние диаметры 1000 мм. Толщина стенки барабанов ? 13 мм.

Лазовые затворы у котла ДКВР 20?13 ГМ расположены на задних днищах барабанов. Средний уровень воды находится на оси барабана. Для наблюдения за уровнем воды на верхних барабанах установлены два водоуказательных прибора.

В котле ДКВР 20?13 ГМ в нижний барабан введены дополнительно трубы для прогрева котла паром при растопке.

Трубы и камеры изготавливаются из углеродистой стали 10 и 29. Экраны и котельные пучки выполняются из стальных бесшовных труб диаметром 512.5 мм с радиусом изгиба 400 мм. Боковые экраны выполнены с шагом 80 мм. Шаг труб фронтового и заднего экранов принят 130 мм. Камеры изготавливаются из труб диаметром 2198 мм.

Котельные пучки котла имеют коридорное расположение труб. Ширина конвективного пучка в передней части составляет 2730 мм, в задней ? 2100 мм. Выход дымовых газов осуществляется через стенку; допускается выход газов вверх, вниз или через боковую стенку.

Очистка труб экранов котла ДКВР 20?13 ГМ осуществляется через боковые лючки, установленные на верхних камерах.

Очистка камер экранов в котле осуществляется через овальные боковые лючки. В нижних точках камер экранов расположен штуцер для продувки и спука воды.

Котел ДКВР 20?13 ГМ оборудован стационарными обдувочными приборами с обдувочными трубами. Трубы выполняются из стали Х25Т или 1Х18Н12Т. На котле устанавливается два обдувочных прибора.

Для обдувки применяется насыщенный или перегретый пар давлением перед соплами 7-17 .

Очистка экранов и пучков может также осуществляться через обдувочные лючки ручными переносными обдувочными приборами.

Котел ДВКР 20?13 ГМ имеет три опорные рамы: две ? под два топочных блока и одна ? под конвективный блок.

Неподвижной, жестко закрепленной точкой котла является передняя опора нижнего барабана. Остальные опоры нижнего барабана и камер боковых экранов выполнены скользящими.

У котла камеры фронтового и заднего экранов крепятся кронштейнами к обвязочному каркасу, при этом одна из опор может быть неподвижной, а другая ? подвижной. Камеры боковых экранов крепятся к специальным опорам.

Обвязочный каркас ? сварной, из стального проката. К каркасу котла крепится обшивка. Помосты и лестницы выполнены по одной схеме применительно к большинству компоновок с различными топочными устройствами.

На котле ДКВР 20?13 ГМ устанавливается следующая арматура: предохранительные клапаны, манометры и трехходовые краны к ним; рамки указателей уровня со стеклами и запорными устройствами указателей уровня; запорные вентили и обратные клапаны питания котла, запорные вентили продувки барабанов, камер экранов, сигнализатора, регулятора; запорные вентили отбора насыщенного; запорные вентили и линии обдувки и прогрева нижнего барабана при растопке котлов; вентили для спуска воды из нижнего барабана; запорные вентили к установке регулятора питания и ввода химикатов; запорный вентиль продувки обдувочной линии; вентили отсоединения сигнализатора уровня и вентили для отбора проб пара.

Также для котла ДКВР 20?13 ГМ предусматривается дополнительная арматура для выносных циклонов [12].

Для сжигания топочного мазута и природного газа на котёл ДКВР 20?13 ГМ устанавливается газомазутная модернизированная горелка ГМГ?5м, изображенная на рисунке 3. Техническая характеристика горелки ГМГ?5м приведена в таблице 1.10 [14].



Таблица 1.10 ? Техническая характеристика горелки ГМГ-5м [14]

Параметр	Значение
Номинальная тепловая мощность,
Коэффициент рабочего регулирования горелки
Номинальное давление газа перед горелкой,
Номинальное давление мазута перед форсункой, МПа
Давление пара на распыливание,
Номинальный расход мазута при ,
Масса горелки,
Габаритные размеры горелки, мм:
длина
ширина
высота

Газомазутная горелка ГМГ?5м состоит из следующих основных узлов: паровой форсунки (рисунок 1.3), центральной газовой части и воздухонаправляющего устройства (рисунок 1.4).

Рисунок 1.3. Паровая форсунка горелок ГМГ-5м



Рисунок 1.4. Горелка ГМГ?5м

Паровая форсунка состоит из корпуса с паровым и топливным штуцерами, ствола и распыливающей головки ? основного рабочего узла форсунки. Комплект деталей распыливающей головки (паровой и топливный завихрители, распределительная шайба, втулка и накидная гайка) образует паровую и топливную ступени форсунки.

Мазут подводится по внутренней трубе ствола, по втулке и через распределительную шайбу попадет в каналы топливного завихрителя.

Пар на распыливание проходит по наружной трубе ствола, по щелям между накидной гайкой и втулкой и попадает в каналы парового завихрителя. Газовая часть горелки центрального типа состоит из подводящего газопровода и газовых насадок с газовыдающими отверстиями, через которые часть газа подается параллельно оси горелки, в сторону первичного воздуха, другая часть газа подается перпендикулярно оси горелки, в сторону вторичного воздуха.

Воздухонаправляющее устройство горелки состоит из двух подводящих воздухопроводов и двух завихрителей воздуха ? первичного и вторичного.

Завихритель первичного воздуха ? тангенциально?осевой, с прямыми лопатками, установленными под углом к оси горелки. Завихритель вторичного воздуха ? осевой, с прямыми лопатками, установленными под углом к оси горелки. Направление вращения первичного и вторичного воздуха одинаковое [14].



2. Тепловые расчеты котла ДКВР 20-13 ГМ при различных загрязнениях

Действительное состояние котла подразумевает наличие отложений на теплопередающих поверхностях нагрева конвективного газохода и экономайзера, препятствующих оптимальной работе котла. В данном разделе мы проведем расчет параметры работы фактического состояния котла, а также котла, переведенного на использование водомазутной эмульсии.

2.1 Исходные данные

Тепловому расчету подлежит паровой водотрубный котел ДКВР 20-13 ГМ, установленный на котельной аэропорта г. Мурманск.

Данные для расчета:

паропроизводительность котла - ;

рабочее давление котла - ;

температура мазута перед горелками - ;

температура холодного воздуха - ;

марка мазута - М-100;

состав мазута М-100:

углерод - ;

водород - ;

сера - ;

кислород - ;

азот - ;

зольность - ;

влажность - ;



2.2 Теоретический тепловой расчет фактического состояния котла ДКВР 20-13 ГМ

Все расчеты производятся на основании нормативного метода [15].

2.2.1 Расчет объема воздуха для горения, состава и теплосодержания продуктов сгорания

2.2.1.1 Расчет объема воздуха для горения и состава продуктов сгорания топлива

Произведем расчет объема воздуха для горения и состава продуктов сгорания топлива для топочной камеры с коэффициентом избытка воздуха . Для конвективного газохода с и экономайзера с расчет будет аналогичным.

1. Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг топлива(коэффициент избытка воздуха :

Тогда:

2. Теоретический объем двухатомных газов в продуктах сгорания:

- содержание азота в топливе на рабочий состав, %; согласно исходным данным

3. Объем сухих трехатомных газов в продуктах сгорания:

4. Теоретический объем водяных паров в продуктах сгорания:

- содержание влаги в топливе на рабочий состав, %; .

5. Действительный объем водяных паров в продуктах сгорания:

6. Суммарный объем дымовых газов:

7. Объемная доля сухих трехатомных газов:

8. Объемная доля водяных паров:

9. Суммарная объемная доля всех трехатомных газов:

Результаты расчета сведем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 ? Расчет объема воздуха для горения и состава продуктов сгорания топлива

Величина	Расчетная формула	Коэффициент избытка воздуха
1. Теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания,
2. Теоретический объем двухатомных газов в продуктах сгорания,
3. Объем сухих трехатомных газов в продуктах сгорания,
4. Теоретический объем водяных паров в продуктах сгорания,
5. Действительный объем водяных паров в продуктах сгорания,
6. Общий объем дымовых газов,
7. Объемная доля сухих трехатомных газов
8. Объемная доля водяных паров
9. Суммарная объемная доля всех трехатомных газов



2.2.1.2 Расчет теплосодержания продуктов сгорания

Теплосодержание (энтальпия) продуктов сгорания определяется по формуле:

- энтальпия продуктов сгорания,

- энтальпия воздуха,

Энтальпия продуктов сгорания определяется по формуле:

- энтальпии 1 соответственно , , ; принимаются по таблице 10.

Энтальпия воздуха определяется по формуле:

- энтальпия 1 воздуха, ; принимается по таблице 2.2.

Таблица 2.2 ? Энтальпии 1 воздуха и газов [17]

Для примера рассчитаем энтальпию продуктов сгорания в топочной камере с коэффициентом избытка воздуха при температуре газов :

Аналогично рассчитываем энтальпии продуктов сгорания для конвективного газохода и экономайзера. Результаты расчетов сведем в таблицу 2.3 и строим график на рисунке 2.1.



Таблица 2.3 ? Энтальпии продуктов сгорания

			Топочная камера	Конвективный газоход	Экономайзер
825
1253
4



Рисунок 2.1. Диаграмма продуктов сгорания при сжигании высокосернистого мазута

2.2.2 Предварительный тепловой баланс котла

1. Определяется располагаемая теплота:

- низшая теплота сгорания топлива, (см. п. 2.2.1.1);

- теплота, вносимая в котельный агрегат воздухом при его подогреве в калорифере; так как подогрева воздуха не происходит;

- физическая теплота топлива, ;

- теплота, вносимая в котел с паровым дутьем (форсуночным),

1.1) Физическая теплота топлива при сжигании мазута:

- температура топлива, ; согласно исходным данным ;

- удельная теплоемкость топлива, ;

1.2) Теплота, вносимая в котел с паровым дутьем:

- энтальпия насыщенного пара, при давлении пара [18];

- расход пара на распыливание 1 кг мазута, кг;

Таким образом:

2. Определяем потери теплоты от механической неполноты сгорания.

Вследствие плохого распыла топлива при работе котла мазут не успевает полностью сгорать и в виде мазутных отложений выпадает на теплопередающих поверхностях котла. По этой причине примем потери от механической неполноты сгорания топлива равной

3. Выбор температуры уходящих газов.

По причине появления на теплопередающих поверхностях мазутных отложений из-за плохого распыла топлива процесс теплообмена между поверхностями нагрева и продуктами сгорания топлива ухудшаются и температура уходящих газов за котлом увеличивается.

Примем по эксплуатационным данным температуру уходящих газов .

4. Потери теплоты с уходящими газами:

- энтальпия уходящих газов, ; по диаграмме (рисунок 2.1) или по таблице 2.3 при

- коэффициент избытка воздуха после экономайзера;

- энтальпия теоретического объема холодного воздуха при температуре воздуха в котельной

- теплоемкость воздуха,

В таком случае:

5. Определяем потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания.

Вследствие плохого распыла топлива при работе котла мазут не успевает полностью сгорать и в виде мазутных отложений выпадает на теплопередающих поверхностях котла. По этой причине имеем суммарные потери:

.

6. Определяем потери теплоты от наружного охлаждения.

По справочным данным [16] при сжигании мазута потери теплоты от наружного охлаждения для данной производительности

7. Определяем потери теплоты с физической теплотой шлаков.

Поскольку в качестве топлива используется мазут, то потери теплоты с физической теплотой шлаков

8. Определяем к.п.д. брутто методом обратного баланса:



9. Расчетный расход топлива:

- паропроизводительность котла,

- энтальпия питательной воды, при температуре [18];

- непрерывная продувка котла,

- энтальпия продувочной воды, ; при давлении насыщенного пара [18].

Тогда:

10. Коэффициент сохранения теплоты:

Для удобства анализа полученных значений сведем результаты расчета предварительного теплового баланса в таблицу 2.4.



Таблица 2.4 ? Расчет предварительного теплового баланса

Величина	Расчетная формула	Значение
1.1. Низшая рабочая теплота топлива,
1.2. Физическая теплота топлива,
1.3. Теплота, вносимая в котел с паровым дутьем,
1.4. Теплота, вносимая в котел воздухом при его подогреве в калорифере,
1.5. Располагаемая теплота,
2. Потери от механической неполноты сгорания,
3. Температура уходящих газов,
4. Потери теплоты с уходящими газами,
5. Потери от химической неполноты сгорания,
6. Потери теплоты от наружного охлаждения,
7. Потери теплоты с физической теплотой шлаков,
8. К.п.д. котлоагрегата
9. Расчетный расход топлива,
10. Коэффициент сохранения теплоты

2.2.3 Поверочный расчет топочной камеры

1. Задаемся предварительным значением температуры продуктов сгорания на выходе из топки

Задаемся

Абсолютная температура на выходе из топки

2. Определяем площадь всех стен, включая неэкранированные участки, ширмы и поворотные экраны .

Согласно паспортной характеристики котла [16]

3. Определяем лучевоспринимающую поверхность топки

Согласно паспортной характеристики котла [16]

4. Средний коэффициент тепловой эффективности экранов:

- коэффициент, учитывающий загрязнение экрана; при сжигании мазута

5. Определяем объем топки

Согласно паспортной характеристики котла [16]

6. Эффективная толщина излучающего слоя:

7. Определяем степень черноты факела:

- степень черноты светящегося пламени;

- степень черноты трехатомных газов;

- доля топочного объема, заполненного светящейся частью факела; зависит от удельной нагрузки топочного объема

при

при

Так как заранее неизвестна, принимаем, что и

7.1) Степень черноты светящегося пламени:

- основание натуральных логарифмов;

- коэффициент ослабления лучей трехатомными газами;

- суммарная доля трехатомных газов; (см. п. 2.2.1.1);

- доля водяных паров в дымовых газах; (см. п. 2.2.1.1);

- коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами;

- коэффициент избытка воздуха за топкой;

- содержание углерода и водорода на рабочую массу топлива (см. п. 2.2.1.1);

- давление в топке,

Тогда:

7.2) Степень черноты трехатомных газов:

7.3) Степень черноты факела:

8. Степень черноты топки:

- отношение площади горения зеркала горения к полной поверхности топки; для камерной топки

9. Полезное тепловыделение в топке:

- теплота, вносимая в топку с присосами холодного воздуха,



- энтальпия теоретического объема холодного воздуха, ; (см. п. 2.2.2);

- присосы в топочной камере;

- теплота, вносимая в котельный агрегат воздухом при его подогреве в калорифере; так как подогрева воздуха не происходит.

10. Используя диаграмму для продуктов сгорания, определяем адиабатную температуру , которую имели бы продукты сгорания, если бы не было теплообмена в топочной камере.

При энтальпии адиабатная температура равна:

Абсолютная адиабатная температура:

11. Определяем энтальпию дымовых газов на выходе из топки по предварительно принятой температуре

При энтальпия дымовых газов равна:

12. Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания:

13. Определяем температуру на выходе из топки:



- расчетный расход топлива, ; (см. п. 2.2.2);

- параметр, учитывающий распределение температур по высоте топки; при сжигании мазута

- отношение высоты горелки к расстоянию до выходного сечения топки; для топок с горизонтальным факелом

14. Определяем уточненную энтальпию дымовых газов на выходе из топки .

При температуре энтальпия дымовых газов на выходе из топки составит:

15. Тепловосприятие в топке:

Для удобства анализа полученных значений сведем результаты расчета топочной камеры в таблицу 2.5.



Таблица 2.5 ? Расчет топочной камеры

Величина	Расчетная формула	Значение
1.1. Предварительное значение температуры продуктов сгорания на выходе из топки,
1.2. Абсолютная температура продуктов сгорания,
2. Площадь всех стен топки,
3. Лучевоспринимающая поверхность топки,
4. Средний коэффициент тепловой эффективности
5. Объем топки,
6. Эффективная толщина излучающего слоя,
7.1. Коэффициент ослабления лучей трехатомными газами
7.2. Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами
7.3. Степень черноты светящегося пламени
7.4. Степень черноты трехатомных газов
7.5. Доля топочного объема, заполненного светящейся частью факела
7.6. Степень черноты факела
8. Степень черноты топки
9. Полезное тепловыделение в топке,
10.Адиабатная температура		1950.92
11. Абсолютная адиабатная температура,
12. Энтальпия дымовых газов на выходе из топки,
13. Средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания,
14. Температура на выходе из топки,
15. Уточненная энтальпия дымовых газов на выходе из топки,
16. Тепловосприятие в топке,

2.2.4 Поверочный расчет конвективного газохода

1. Определяем конструктивные характеристики конвективного газохода.

В котле ДКВР 20-13 ГМ имеется один неразделенный конвективный газоход.

1.1) Площадь поверхности нагрева конвективного пучка.

По справочным данным [16] площадь поверхности нагрева конвективного пучка равна

1.2) Наружный диаметр труб конвективного пучка.

По справочным данным [16] наружный диаметр труб конвективного пучка равен

1.3) Поперечный шаг труб.

По справочным данным [16] поперечный шаг труб равен:

1.4) Продольный шаг труб.

По справочным данным [16] продольный шаг труб равен:

1.5) Число труб в ряду .

Для котла ДКВР 20-13 ГМ, согласно [19], число труб в ряду составляет:

1.6) Число рядов труб .

Для котла ДКВР 20-13 ГМ, согласно [19], число рядов труб составляет:

1.7) Относительный поперечный шаг труб:

1.8) Относительный продольный шаг труб:

1.9) Площадь живого сечения для прохода продуктов...