Файл: 1. Тепловая схема котла. 311 Основные определения. 34.docx
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 106
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
4 и производится без перерывов в течение всего времени работы котла. С непрерывной продувкой из парогенератора удаляются растворенные в котловой воде соли. Периодическая продувка применяется для удаления шлама, осевшего в элементах парового котла, и производится из нижних барабанов и коллекторов 10–12 парогенератора через каждые 12–16 часов.
Эффективным методом снижения потерь котловой воды с продувкой (и, соответственно, уменьшения потерь тепла с ней) является ступенчатое испарение. Сущность ступенчатого испарения состоит в том, что испарительная система парового котла разделяется на ряд отсеков, соединенных по пару и разделенных по воде. Питательная вода подается только в первый отсек. Для второго отсека питательной водой служит продувочная вода из первого отсека. Продувочная вода из второго отсека поступает в третий отсек и т. д. Продувку парогенератора осуществляют из последнего отсека. Так как концентрация солей в воде этого отсека значительно выше, чем в воде при одноступенчатом испарении, для вывода солей из котла требуется меньший процент продувки.
Для обеспечения в процессе растопки котла поступления воды, испаряющейся в барабане, в экономайзер 7, что не допускает перегрева его труб, в паровых котлах обычно предусматривается линия рециркуляции 9.
1.4. Составление и расчёт тепловой схемы котла.
При составлении и расчете тепловой схемы парового котла выявляются два аспекта: теплотехнический, связанный с распределением тепловосприятий нагреваемой среды по отдельным поверхностям нагрева при соответствующем изменении энтальпии газов, и конструктивный, учитывающий взаимное расположение поверхностей нагрева. На рис. 1.3 приведена тепловая диаграмма и тепловая схема барабанного котла высокого давления.
При составлении и расчете тепловой схемы парового котла необходимо иметь выходные параметры: паропроизводительность D, кг/с; давление р, МПа; температура перегретого пара tпп оС, а при наличии вторичного перегрева пара еще давление рвп и температура tвп,. Одновременно с установлением выходных параметров рабочей среды следует определить вид сжигаемого в котле топлива, ибо его технические характеристики необходимы для выбора некоторых температур тепловой схемы.
Оптимальная экономичность и надежность работы агрегата достигается за счет рационального выбора и поддержания при эксплуатации в определенных пределах температур соответствующих сред в ряде точек газового, водопарового и воздушного трактов. Для формирования тепловой схемы должны быть выбраны температуры уходящих газов θ
ух, питательной воды tпв, горячего воздуха tгв газов на выходе из топки θ”т. Выбор указанных температур с учетом рекомендаций по температурному режиму металла отдельных поверхностей нагрева (вторичный пароперегреватель, выходные пакеты первичного пароперегревателя, поверхности нагрева при СКД в зоне максимальной теплоемкости), устойчивости протекания гидродинамических процессов создает систему граничных условий или опорных точек, в которую вписываются отдельные поверхности нагрева, что предопределяет распределение приращения энтальпий рабочей среды между поверхностями нагрева и рациональное их размещение вдоль потока продуктов сгорания. При этом необходимо стремиться обеспечить высокие температурные напоры и противоток рабочего тела и продуктов сгорания, что не всегда возможно.
Прежде всего на основании технико-экономических расчетов с учетом стоимости сжигаемого топлива и поверхностей нагрева принимается оптимальная температура уходящих газов. В соответствии с нормами теплового расчета котлов для дешевых топлив с повышенной влажностью
Ри
с. 1.3. Тепловая диаграмма и тепловая схема барабанного котла высокого давления.
Wп = (2…3%)*103 кг/кДж, например, Канско-Ачинского месторождения с открытым способом добычи угля, для котлов высокого давления θух = 150…170 оС. Здесь в значительной степени лимитирует точка росы газов, когда на трубах воздухоподогревателя осаждается влага, способствующая коррозии металла, особенно для сернистых топлив. Для топлив с влажностью до Wп = 0,5%*103 кг/кДж температура уходящих газов принимается более низкой 120…140 оС. Чем более дорогое топливо, тем ниже должна быть принята температура θух, нообычно не ниже 110 оС во избежание слишком громоздких хвостовых поверхностей нагрева котла.
Температура питательной воды tпвпоступающей в экономайзер, устанавливается на основании технико-экономического расчета тепло-вой схемы турбинной установки. Чем выше параметры пара перед турбиной, тем выше оказывается tпв.Так, для котлов высокого давления tпв = 230…240 оС, а для котлов на СКД tпв = 260…275 оС.
Температура горячего воздуха увязана с температурой питательной воды. Ориентировочно температуру горячего воздуха (за первой ступенью) можно оценить по выражению
где Δt = 40…80 оС, при этом меньшая цифра относится к сухим топливам.
Выбор температуры горячего воздуха производят по условиям сушки или сжигания топлива. При сжигании каменных и бурых углей tгв = 300…400 оС (более высокая температура при Жидком шлакоудалении). При сушке бурых углей газами в замкнутой схеме пылеприготовления при твердом шлакоудалении рекомендуется принимать tгв = 300…350 оС, а при разомкнутой схеме пылеприготовления независимо от вида топлива tгв ≤ 350 оС. При замкнутой схеме пылеприготовления и воздушной сушке бурых углей температура горячего воздуха принимается 350…400 оС. При сжигании мазута и газа tгв = 250…300 оС.
При одноступенчатом подогреве воздуха конструкция воздухоподогревателя более компактна. Пределом его применения служит сближение температуры воздуха и газов, когда Δtвпвых сильно уменьшается почти до нуля. Для обеспечения компактности воздухоподогревателя разница температур на выходе Δtвпвых = θвп’ – tвп’’ принимается не менее 30 оС. В этом случае наибольшая температура подогрева воздуха в одноступенчатом подогревателе будет около 270 оС (при θух ≈ 130 оС). Температура холодного воздуха tхв обычно принимается равной 30 оС.
Температура газов на выходе из топочной камеры θ”т, перед ширмами зависит от сжигаемого топлива. Для нешлакующих топлив (газ, мазут) выбирается около 1250 оС исходя из оптимального соотношения долей радиационного и конвективного теплообмена в поверхностях нагрева котла. Температура газов на выходе из топки принимается ниже температуры начала деформации золы t1: для шлакующих (большинства твердых топлив) не выше 1200 оС, а для сильношлакующих бурых углей не выше 1100 оС.
Распределение теплоты на подогрев воды, испарение и перегрев пара зависит от параметров перегретого пара — давления и температуры. Для распределения теплоты газов по отдельным поверхностям нагрева рассчитывается тепловая схема котла.
Расчет тепловой схемы котла начинается с воздухоподогревателя. По балансу теплоты
определяется энтальпия газов на входе в поверхность нагрева I’вп.
Qгвп — теплота, переданная газами; Qввп — тепло-та, воспринятая воздухом (обе величины в расчете на 1 кг топлива); φ — коэффициент сохранения теплоты; по θ
”т, определяется энтальпия газов на выходе из топки I’’т. Затем рассчитывается лучистое тепловосприятие топки
где Qт = Qрр * (100 — q3 — q4 — q6)/(100 — q4) + Qв — Qв.вн + r * Iотб.
Qл учитывает все количество теплоты, воспринятое поверхностями топочной камеры, включая и лучистое тепловосприятие ширм и потолочного пароперегревателя, а также настенного, если последний имеется.
Дальнейший расчет тепловой схемы основывается на балансе тепло-ты Qгб, кДж/кг, переданной газами; и Qбср, воспринятой нагреваемой средой (перегретым паром и водой в экономайзере):
г
де Qгб = φ * (I' — I" + ΔαI0прс); Qбср = ΔiD/Вp; ΔαI0прс — количество тепло-ты, вносимое присасываемым воздухом, кДж/кг.
Пароперегреватель докритических параметров имеет ширмовые и конвективные поверхности нагрева, последние обычно разделены на две части по ходу пара: первая — противоточная, вторая — прямоточная (выходной пакет) с примерно одинаковым тепловосприятием (в выходном пакете Δiппвых = 160…200 кДж/кг).
Распределение теплоты между поверхностями нагрева обычно замыкают на экономайзере, для которого из баланса определяют энтальпию воды на выходе i"эк и проверяют ее допустимость по возможному парообразованию хэк ≤ 15%, при этом
где i' — энтальпия воды при насыщении, кДж/кг; r — теплота испарения, кДж/кг.
Результаты расчетов оформляются графически, как показано на рис. 1.3. Масштабы для построения графика выбираются произвольно с учетом удобства расположения поверхностей нагрева.
После расчета схемы нормами теплового расчета котлов рекомендуется проверить невязку теплового баланса
где Qрр — располагаемая теплота сгорания топлива, обычно Qрр = Qpн, кроме сланцев; ηк — коэффициент полезного действия котла. Допусти-мая невязка баланса (ΔQ/ Qрр) * 100 ≤ 0,5%.
Прямоточный котел имеет сложную гидравлическую схему. Поэтому целесообразно для него показать изменение состояния среды по пароводяному тракту, как это сделано применительно к агрегату с вторичным перегревом пара энергоблока 500 МВт (рис. 1 .4). Пароперегреватель вторичного пара полностью размещен в конвективной шахте. В гидравлической схеме предусмотрен паро-паровой теплообменник (ППТО), передающий теплоту радиационных
поверхностей нагрева вторичному пару, имеющему только конвективный обогрев. Для упрощения тепловой схемы блока и для предохранения промежуточного пароперегревателя от пережога при растопке пакеты вторичного перегревателя размещаются в зоне умеренной температуры газов, не выше 800…840 оС при номинальной нагрузке агрегата.
Рис. 1. 4. Изменение состояния нагреваемой среды СКД по тракту прямоточного котла.
В прямоточных котлах типа Рамзина на высокое давление организуется переходная зона, обычно вынесенная в конвективную шахту, ку-да поступает пароводяная смесь с паросодержанием х = 0,7…0,8. В переходной зоне осуществляется не только доиспарение воды, но и некоторый перегрев пара на 80…160 кДж/кг. Переходную зону выносят в область пониженных тепловых потоков в связи с ухудшенным внутренним теплообменом. Вода, поступающая из экономайзера в НРЧ, недогревается до состояния закипания на 120…160 кДж/кг во избежание парообразования при переменных нагрузках.
В прямоточных котлах на СКД переходная зона необязательна. Не-которое своеобразие в распределении приращений энтальпии по отдельным поверхностям нагрева получается из-за отсутствия фиксированных точек. Однако наличие зоны максимальной теплоемкости (3МT) с ухудшенным теплообменом требует размещения ее в области умеренных тепловых потоков, обычно в экранах СРЧ. Приращение энтальпии в экономайзере выбирается с учетом достаточности температурного напора на входном участке вторичного пароперегревателя. Перегрев первичного пара осуществляется в ВРЧ, ширмах и двух конвективных пакетах. Выходной пакет часто имеет приращение энтальпии около 100…125 кДж/кг.
Для мощных прямоточных котлов на СКД (к блокам 300 — 800 МВт) целесообразно принимать два независимо регулируемых потока рабочей среды. Это значительно упрощает регулирование перегрева и обеспечивает требования для более полного применения автоматизированной системы управления (АСУ).
Эффективным методом снижения потерь котловой воды с продувкой (и, соответственно, уменьшения потерь тепла с ней) является ступенчатое испарение. Сущность ступенчатого испарения состоит в том, что испарительная система парового котла разделяется на ряд отсеков, соединенных по пару и разделенных по воде. Питательная вода подается только в первый отсек. Для второго отсека питательной водой служит продувочная вода из первого отсека. Продувочная вода из второго отсека поступает в третий отсек и т. д. Продувку парогенератора осуществляют из последнего отсека. Так как концентрация солей в воде этого отсека значительно выше, чем в воде при одноступенчатом испарении, для вывода солей из котла требуется меньший процент продувки.
Для обеспечения в процессе растопки котла поступления воды, испаряющейся в барабане, в экономайзер 7, что не допускает перегрева его труб, в паровых котлах обычно предусматривается линия рециркуляции 9.
1.4. Составление и расчёт тепловой схемы котла.
При составлении и расчете тепловой схемы парового котла выявляются два аспекта: теплотехнический, связанный с распределением тепловосприятий нагреваемой среды по отдельным поверхностям нагрева при соответствующем изменении энтальпии газов, и конструктивный, учитывающий взаимное расположение поверхностей нагрева. На рис. 1.3 приведена тепловая диаграмма и тепловая схема барабанного котла высокого давления.
При составлении и расчете тепловой схемы парового котла необходимо иметь выходные параметры: паропроизводительность D, кг/с; давление р, МПа; температура перегретого пара tпп оС, а при наличии вторичного перегрева пара еще давление рвп и температура tвп,. Одновременно с установлением выходных параметров рабочей среды следует определить вид сжигаемого в котле топлива, ибо его технические характеристики необходимы для выбора некоторых температур тепловой схемы.
Оптимальная экономичность и надежность работы агрегата достигается за счет рационального выбора и поддержания при эксплуатации в определенных пределах температур соответствующих сред в ряде точек газового, водопарового и воздушного трактов. Для формирования тепловой схемы должны быть выбраны температуры уходящих газов θ
ух, питательной воды tпв, горячего воздуха tгв газов на выходе из топки θ”т. Выбор указанных температур с учетом рекомендаций по температурному режиму металла отдельных поверхностей нагрева (вторичный пароперегреватель, выходные пакеты первичного пароперегревателя, поверхности нагрева при СКД в зоне максимальной теплоемкости), устойчивости протекания гидродинамических процессов создает систему граничных условий или опорных точек, в которую вписываются отдельные поверхности нагрева, что предопределяет распределение приращения энтальпий рабочей среды между поверхностями нагрева и рациональное их размещение вдоль потока продуктов сгорания. При этом необходимо стремиться обеспечить высокие температурные напоры и противоток рабочего тела и продуктов сгорания, что не всегда возможно.
Прежде всего на основании технико-экономических расчетов с учетом стоимости сжигаемого топлива и поверхностей нагрева принимается оптимальная температура уходящих газов. В соответствии с нормами теплового расчета котлов для дешевых топлив с повышенной влажностью
Ри
с. 1.3. Тепловая диаграмма и тепловая схема барабанного котла высокого давления.Wп = (2…3%)*103 кг/кДж, например, Канско-Ачинского месторождения с открытым способом добычи угля, для котлов высокого давления θух = 150…170 оС. Здесь в значительной степени лимитирует точка росы газов, когда на трубах воздухоподогревателя осаждается влага, способствующая коррозии металла, особенно для сернистых топлив. Для топлив с влажностью до Wп = 0,5%*103 кг/кДж температура уходящих газов принимается более низкой 120…140 оС. Чем более дорогое топливо, тем ниже должна быть принята температура θух, нообычно не ниже 110 оС во избежание слишком громоздких хвостовых поверхностей нагрева котла.
Температура питательной воды tпвпоступающей в экономайзер, устанавливается на основании технико-экономического расчета тепло-вой схемы турбинной установки. Чем выше параметры пара перед турбиной, тем выше оказывается tпв.Так, для котлов высокого давления tпв = 230…240 оС, а для котлов на СКД tпв = 260…275 оС.
Температура горячего воздуха увязана с температурой питательной воды. Ориентировочно температуру горячего воздуха (за первой ступенью) можно оценить по выражению
где Δt = 40…80 оС, при этом меньшая цифра относится к сухим топливам.
Выбор температуры горячего воздуха производят по условиям сушки или сжигания топлива. При сжигании каменных и бурых углей tгв = 300…400 оС (более высокая температура при Жидком шлакоудалении). При сушке бурых углей газами в замкнутой схеме пылеприготовления при твердом шлакоудалении рекомендуется принимать tгв = 300…350 оС, а при разомкнутой схеме пылеприготовления независимо от вида топлива tгв ≤ 350 оС. При замкнутой схеме пылеприготовления и воздушной сушке бурых углей температура горячего воздуха принимается 350…400 оС. При сжигании мазута и газа tгв = 250…300 оС.
При одноступенчатом подогреве воздуха конструкция воздухоподогревателя более компактна. Пределом его применения служит сближение температуры воздуха и газов, когда Δtвпвых сильно уменьшается почти до нуля. Для обеспечения компактности воздухоподогревателя разница температур на выходе Δtвпвых = θвп’ – tвп’’ принимается не менее 30 оС. В этом случае наибольшая температура подогрева воздуха в одноступенчатом подогревателе будет около 270 оС (при θух ≈ 130 оС). Температура холодного воздуха tхв обычно принимается равной 30 оС.
Температура газов на выходе из топочной камеры θ”т, перед ширмами зависит от сжигаемого топлива. Для нешлакующих топлив (газ, мазут) выбирается около 1250 оС исходя из оптимального соотношения долей радиационного и конвективного теплообмена в поверхностях нагрева котла. Температура газов на выходе из топки принимается ниже температуры начала деформации золы t1: для шлакующих (большинства твердых топлив) не выше 1200 оС, а для сильношлакующих бурых углей не выше 1100 оС.
Распределение теплоты на подогрев воды, испарение и перегрев пара зависит от параметров перегретого пара — давления и температуры. Для распределения теплоты газов по отдельным поверхностям нагрева рассчитывается тепловая схема котла.
Расчет тепловой схемы котла начинается с воздухоподогревателя. По балансу теплоты
определяется энтальпия газов на входе в поверхность нагрева I’вп. Qгвп — теплота, переданная газами; Qввп — тепло-та, воспринятая воздухом (обе величины в расчете на 1 кг топлива); φ — коэффициент сохранения теплоты; по θ
”т, определяется энтальпия газов на выходе из топки I’’т. Затем рассчитывается лучистое тепловосприятие топки
где Qт = Qрр * (100 — q3 — q4 — q6)/(100 — q4) + Qв — Qв.вн + r * Iотб.
Qл учитывает все количество теплоты, воспринятое поверхностями топочной камеры, включая и лучистое тепловосприятие ширм и потолочного пароперегревателя, а также настенного, если последний имеется.
Дальнейший расчет тепловой схемы основывается на балансе тепло-ты Qгб, кДж/кг, переданной газами; и Qбср, воспринятой нагреваемой средой (перегретым паром и водой в экономайзере):
г
де Qгб = φ * (I' — I" + ΔαI0прс); Qбср = ΔiD/Вp; ΔαI0прс — количество тепло-ты, вносимое присасываемым воздухом, кДж/кг. Пароперегреватель докритических параметров имеет ширмовые и конвективные поверхности нагрева, последние обычно разделены на две части по ходу пара: первая — противоточная, вторая — прямоточная (выходной пакет) с примерно одинаковым тепловосприятием (в выходном пакете Δiппвых = 160…200 кДж/кг).
Распределение теплоты между поверхностями нагрева обычно замыкают на экономайзере, для которого из баланса определяют энтальпию воды на выходе i"эк и проверяют ее допустимость по возможному парообразованию хэк ≤ 15%, при этом
где i' — энтальпия воды при насыщении, кДж/кг; r — теплота испарения, кДж/кг.
Результаты расчетов оформляются графически, как показано на рис. 1.3. Масштабы для построения графика выбираются произвольно с учетом удобства расположения поверхностей нагрева.
После расчета схемы нормами теплового расчета котлов рекомендуется проверить невязку теплового баланса
где Qрр — располагаемая теплота сгорания топлива, обычно Qрр = Qpн, кроме сланцев; ηк — коэффициент полезного действия котла. Допусти-мая невязка баланса (ΔQ/ Qрр) * 100 ≤ 0,5%.
Прямоточный котел имеет сложную гидравлическую схему. Поэтому целесообразно для него показать изменение состояния среды по пароводяному тракту, как это сделано применительно к агрегату с вторичным перегревом пара энергоблока 500 МВт (рис. 1 .4). Пароперегреватель вторичного пара полностью размещен в конвективной шахте. В гидравлической схеме предусмотрен паро-паровой теплообменник (ППТО), передающий теплоту радиационных
поверхностей нагрева вторичному пару, имеющему только конвективный обогрев. Для упрощения тепловой схемы блока и для предохранения промежуточного пароперегревателя от пережога при растопке пакеты вторичного перегревателя размещаются в зоне умеренной температуры газов, не выше 800…840 оС при номинальной нагрузке агрегата.
Рис. 1. 4. Изменение состояния нагреваемой среды СКД по тракту прямоточного котла.
В прямоточных котлах типа Рамзина на высокое давление организуется переходная зона, обычно вынесенная в конвективную шахту, ку-да поступает пароводяная смесь с паросодержанием х = 0,7…0,8. В переходной зоне осуществляется не только доиспарение воды, но и некоторый перегрев пара на 80…160 кДж/кг. Переходную зону выносят в область пониженных тепловых потоков в связи с ухудшенным внутренним теплообменом. Вода, поступающая из экономайзера в НРЧ, недогревается до состояния закипания на 120…160 кДж/кг во избежание парообразования при переменных нагрузках.
В прямоточных котлах на СКД переходная зона необязательна. Не-которое своеобразие в распределении приращений энтальпии по отдельным поверхностям нагрева получается из-за отсутствия фиксированных точек. Однако наличие зоны максимальной теплоемкости (3МT) с ухудшенным теплообменом требует размещения ее в области умеренных тепловых потоков, обычно в экранах СРЧ. Приращение энтальпии в экономайзере выбирается с учетом достаточности температурного напора на входном участке вторичного пароперегревателя. Перегрев первичного пара осуществляется в ВРЧ, ширмах и двух конвективных пакетах. Выходной пакет часто имеет приращение энтальпии около 100…125 кДж/кг.
Для мощных прямоточных котлов на СКД (к блокам 300 — 800 МВт) целесообразно принимать два независимо регулируемых потока рабочей среды. Это значительно упрощает регулирование перегрева и обеспечивает требования для более полного применения автоматизированной системы управления (АСУ).