Разработка твердотопливной горелки

Для управления работой котла КВа  применяется комплект средств управления КСУ-ЭВМ или КАСКАД М, который входит в комплект горелочного устройства.

Комплект средств управления предназначен для эксплуатации в котельной с температурой воздуха от +5 °С до +40 °С при относительной влажности от 30 до 80%. Комплект средств управления КСУ-ЭВМ состоит из: блока управления, блока коммутационных элементов, сигнализатора температур или термометра ТГП-100Эк, напоромеров, тягонапоромеров и датчиков контроля и защиты параметров, устанавливаемых на котле и комплекте стоек.

Комплект средств управления закреплен на комплекте стоек (стойка I и стойка II). Блок управления и блок коммутационных элементов закреплены на стойке I, а напоромеры, тягонапоромеры, сигнализатор температуры ТЭСТ-1 или термометр ТГП-100Эк и датчики закреплены на стойке II. Комплект стоек крепится к полу помещения котельной с помощью дюбелей, которые входят в комплект поставки. Стойки устанавливаются в соответствии с проектом котельной вблизи котла и соединяются между собой, а также с горелочным устройством и котлом, электрокоммуникациями согласно электрических схем соединений, входящих в состав эксплуатационной документации горелочного устройства. Автоматика КАСКАД М состоит из блока автоматики «контролер», блока зажимов и приборной панели. Блок автоматики установлен непосредственно на горелку БСТ-Г, а приборная панель и блок зажимов устанавливаются по месту согласно проекта котельной.

Подробное описание устройства системы автоматики изложено в руководстве по эксплуатации на горелочное устройство.

Автоматика безопасности отключает подачу газа в горелочное устройство при следующих аварийных ситуациях:

1) невоспламенении газа  при розжиге;

2) погасании пламени запальника;

3) погасании факела горелки;

4) повышении температуры воды на выходе из котла свыше 115 °С; 
5) повышении давления воды на выходе из котла;

6) понижении давления  воды на выходе из котла;

7) достижении предельных  значений давления воздуха перед  горелкой с принудительной подачей  воздуха;

8) понижении давления газа перед электромагнитным клапаном;

9) повышении давления  газа перед электромагнитным  клапаном;

10) повышении давления  в топке котла;

11) взрыве в топочном  пространстве;

12) прекращении подачи  электроэнергии;

13) неисправности автоматики  безопасности;

14) неисправности цепей  защиты;

15) недопустимом снижении  расхода воды через котёл.

 
Работа котла КВа

Газ, через "кран на горелке" и систему автоматических газовых клапанов горелочного устройства поступает в горелку, где смешивается с воздухом, подаваемым вентилятором, поджигается от электроискрового запального устройства и сгорает. Подробное описание конструкции горелочного устройства, принцип работы, монтажа и эксплуатации приведено в эксплуатационной документации горелочного устройства.

Продукты сгорания, отдав часть тепла чугунной топочной камере котла, через проемы в нижней части топки двумя потоками направляются в конвективные газоходы секций.

В верхней части секций продукты сгорания поворачивают, омывая низко-температурные газоходы пакета секций и удаляются через газоход, расположенный сзади котла, в сборный газоход, соединенный с газоходом котельной.

Вода в котел подводится через нижний патрубок и поступает в заднюю секцию. Вследствие того, что нижний коллектор имеет шайбы, приваренные к стяжному болту, вода по задней секции поднимается вверх. Далее, при помощи специальных литых вставок, установленных в верхних головках секций, обеспечивается винтообразное движение воды по средним секциям котла. Вода, пройдя последовательно по всем секциям, нагревается и через патрубок на фронте котла отводится в систему теплоснабжения.

Подключение котла КВа  к водяной системы отопления производится согласно проекта котельной, выполненного в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и водогрейных котлов с температурой нагрева воды не выше 388 К (115 ˚С)» с обязательной установкой запорной и предохранительной арматуры.

 

Рисунок 2.1 Котел КВа-0,75 с газовой горелкой

 

Рисунок 2.2 Котел КВа-0,75 для работы на твердом топливе

Рисунок 2.3 Котел КВа-0,75 переоборудованный под работу на пеллетах

 

 

 

 

 

2.2 Разрабатываемая пеллетная горелка

Разрабатываемая пеллетная горелка предназначена для применения в комплекте с котельным агрегатом КВа-0,75Т. Котельный агрегат при этом подвергается некоторой доработке. В частности доработке подвергается дверка топки, предназначенная для подачи твердого топлива. В остальном котельный агрегат не подвергается никаким изменениям. Разработанная пеллетная горелка состоит из нескольких отдельных узлов.

Корпус горелки, он выполнен из трубы Æ 219 мм в которой сделано 21 квадратных прорезей для выхода пламени. К корпусу горелки сваркой соединены основание, загрузочная горловина и крышка горелки, а также приварены кронштейны для крепления горелки к дверце котельного агрегата.

Рисунок 2.4 Разработанная пеллетная горелка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАСЧЕТ ПЕЛЛЕТНОЙ ГОРЕЛКИ

 

 

3.1 Расчет необходимой производительности питателя

Необходимая производительность питателя определяется из тепловой мощности котельного агрегата и низшей теплоты сгорания топлива.

Для котла КВа-0,75Т тепловая производительность равна 750 кВт = 2,7 ГДж/ч = 0,644 Гкалл/ч.

Расход топлива котельным агрегатом В в кг/ч определяется по формуле [5]

,                                (3.1)

где Qк – тепловая мощность котельного агрегата, ккалл/ч;

       Qн – низшая теплота сгорания топлива, ккал/кг (для древесных пеллет Qн = 4500ккал/кг);

       h - КПД котельного агрегата, (для котла КВа-0,75Т h = 0,85).

.

Таким образом, для обеспечения номинальной тепловой производительности котельного агрегата необходимо подавать 168,36 кг/ч топлива на основе древесных пеллет.

 

3.2 Расчет параметров питателя.

Производительность спирального питателя n в об/мин определяется площадью рабочей полости и насыпной плотностью, шагом спирали и частотой ее вращения [2]

,                                  (3.2)

где W – производительность спирального питателя, кг/ч;

D – диаметр корпуса горелки, м;

d – диаметр дутьевой трубы, м;

S  - шаг спирали питателя, м;

n – частота вращения, об/мин;

r - насыпная плотность топлива, кг/м3.

Определив частоту вращения спирального питателя и исходя из стандартного ряда асинхронных электродвигателей необходимо определить при максимальной нагрузке на котельный агрегат передаточное отношение червячного редуктора, об/мин

Для удобства выполнения расчетов и проведения анализа все расчеты выполнены в среде MS EXCEL.

 

Таблица 3.1 Расчет параметров горелки

Тепловая мощность, кВт	Низшая теплота сгорания древесных пеллет, ккал/кг	КПД котельного агрегата	Необходимый расход топлива, кг/ч	Диаметр корпуса D, м	Диаметр дутьевой трубы d, м
750	4500	0,85	168,47	0,208	0,098
700	4500	0,85	157,24	0,208	0,098
600	4500	0,85	134,77	0,208	0,098
500	4500	0,85	112,31	0,208	0,098
400	4500	0,85	89,85	0,208	0,098
300	4500	0,85	67,39	0,208	0,098
200	4500	0,85	44,92	0,208	0,098
100	4500	0,85	22,46	0,208	0,098
0,085	650	0,5	3,85	195	750
0,085	650	0,5	3,59	195	700
0,085	650	0,5	3,08	195	600
0,085	650	0,5	2,56	195	500
0,085	650	0,5	2,05	195	400
0,085	650	0,5	1,54	195	300
0,085	650	0,5	1,03	195	200
0,085	650	0,5	0,51	195	100

Рисунок 3.1 Зависимость основных параметров работы горелки от величины нагрузки на котельный агрегат.

Одним из основных факторов влияющих на расход топлива котельными агрегатами работающими на твердом топливе из материалов в основу которых входит древесина, а в частности в нашем случае это пеллеты является влажность. Влажность снижает теплотворную способность топлива на древесной основе, что в свою очередь приводит к увеличению расхода топлива котельным агрегатом.

Разрабатываемая пеллетная горелка должна обеспечивать необходимую производительность дозирующего органа шнекового питателя. Результаты расчетов представлены в таблице 3.2 и на рисунке 3.2.

Таблица 3.2 Расчет рабочих режимов горелки в случае снижения теплотворной способности топлива (повышения влажности пеллет).

Тепловая мощность, кВт	Низшая теплота сгорания древесных пеллет, ккал/кг	КПД котельного агрегата	Необходимый расход топлива, кг/ч	Диаметр корпуса D, м	Диаметр дутьевой трубы d, м
1	2	3	4	5	6
750	4500	0,85	168,47	0,208	0,098
750	4400	0,85	172,30	0,208	0,098
750	4300	0,85	176,30	0,208	0,098
750	4200	0,85	180,50	0,208	0,098
750	4100	0,85	184,90	0,208	0,098

Продолжение таблицы 3.2

Шаг питателя, м	Насыпная плотность топлива, кг/м3	КПД питателя	Частота вращения питателя, об/мин	Передаточное число редуктора	Частота вращения ЭД, об/мин
1	2	3	4	5	6
750	4000	0,85	189,53	0,208	0,098
750	3900	0,85	194,39	0,208	0,098
750	3800	0,85	199,50	0,208	0,098
0,085	650	0,5	4,03	195	785
0,085	650	0,5	4,12	195	804
0,085	650	0,5	4,22	195	823
0,085	650	0,5	4,33	195	844
0,085	650	0,5	4,44	195	865
0,085	650	0,5	4,56	195	888

Рисунок 3.2 Результаты расчета

В результате выполненных расчетов выявлены оптимальные режимы работы пеллетной горелки. В частности при передаточном отношении червячного редуктора z = 195 для достижения номинальной тепловой мощности котла необходимо вращать спиральный транспортер с частотой вращения nтр = 3,85 об/мин, соответственно частота вращения приводящего электродвигателя составит nэд = 750 об/мин.

Регулирование производительности питателя при снижении тепловой нагрузки необходимо производить плавно. Этого возможно добиться при помощи снижения частоты вращения приводного электродвигателя частотным преобразователем.

В случае снижения теплотворной способности пеллетного топлива необходимо несколько увеличить частоту вращения спирального питателя и при работе на номинальной тепловой нагрузке котельного агрегата частота вращения питателя может достигать 4,5 – 5 об/мин, а частота вращения электродвигателя достигает 880 – 900 об/мин. Следовательно с учетом работы на топливе низкого качества необходимо выбирать электродвигатель с более высокой частотой вращения вплоть до 1500 об/мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

КОТЕЛЬНЫМ АГРЕГАТОМ

 

 

4.1 Энергосберегающая система авторизованного управления тягодутьевым трактором котла САУ ТДТК

Топливо и электроэнергия, потребляемые различными котлоагрегатами расходуются не оптимально, что связано с суточными (технологическими) колебаниями потребления теплоносителя (пар, горячая вода). Около 60% электроэнергии собственных нужд котельных потребляют тягодутьевые машины - вентилятор и дымосос. В настоящее время на всех котлах применяется нерегулируемый асинхронный электропривод, а регулирование расхода воздуха и разрежения в топке осуществляется изменением положения заслонок направляющих аппаратов с центрального пульта управления (рисунок 5.1). При таком способе регулирования потери на дросселирование доходят до 70%.

Кроме того при эксплуатации котла (в связи с изменением параметров тягодутьевых трактов, топки котла и свойств топлива) устанавливаемые по наладочным технологическим картам режимы отличаются от оптимальных, имеет место перерасход топлива.

Еще одним источником энергопотерь на котлоагрегатах является отсутствие оперативного контроля содержания О2 в отходящих газах, вследствие чего процесс сжигания топлива ведется с избытком воздуха. При этом содержание О2 в отходящих газах находится в пределах 8-10 %, хотя в большинстве случаев достаточно 2-3 %.