Теплогенерирующие установки

Вступна частина

Двобарабанний вертикально-водотрубний  тепло генератор типу ДКВР Бійського  котельного заводу з виробничою потужністю від 2,5 до 10 т/год під тиском 1,4 МПа и блочний чавунний водяний економайзер системи ВТІ.

Стаціонарні парові теплогенератори ДКВР (двобарабанні, водотрубні, реконструйовані) з природною циркуляцією води мають два барабани: верхній (довгий) і нижній (короткий), а також екрановану топічну камеру, розташовану під передньою половиною верхнього барабана. Бокові стінки топочних камер покриті екранами з гладких труб, а у теплогенераторів виробничою потужністю 10 т/год, крім цього, встановлено фронтовий і задній екрани. Теплогенератори типу ДКВР камерами топками з газомазутними горілками. Ці теплогенератори також можна використовувати для пошарового спалювання твердого палива, для чого потрібно використовувати напівмеханічну  або механічну топку.

Верхній барабан в передній частині  з’єднаний екранами труб з двома колекторами, в задній частині – з’єднаний з нижнім барабаном пучком  кип’ятильних труб, котрі створюють розвиту конвективну поверхню нагрівання. Труби конвективного пучка розташовані в коридорному порядку. Топочна камера ділиться шамотною перегородкою на дві частини: власну топку і камеру догорання. При наявності камери догорання зникає небезпека затягування полум’я в котельній пучок, а також знижується втрата теплоти з хімічним і механічним недопалюванням.

Між  першим та другим рядом труб котельного пучка  встановлюється ще одна перегородка, Котра відокремлює  котельний пучок від камери догорання. Таким чином, перший ряд труб котельного пучка являється заднім екраном камери догорання.

Всередині котельного пучка знаходиться  чугунка перегородка, котра ділить його на перший та другий газоходи. Димові гази виходять з топки через спеціальне вікно, яке розташоване в правому куті її задньої  стінки, проходять камеру догорання з права вліво і поступають в котельний пучок, омиваючи його поперечними горизонтальними потоками. Живильна вода подається в теплогенератор  на рівень воли в верхній барабан, звідки вона по двом опускним трубам потрапляє в колектори бокових екранів. По трубам останніх рядів кип’ятильного пучка, розташованим в другому газовідводі, вода поступає із верхнього в нижній барабан. Паро-рідинна суміш, яка утворилась в процесі спалювання палива, поступає в верхній барабан, де за допомогою спеціальних сепараційних пристроїв пар відділяють від води.

При наявності пароперегрівача  частина кип’ятильних труб не встановлюється, пароперегрівач розташовується в першому газовідводі після другого і третього ряду кип’ятильних труб. Його виконують в виді вертикального змійовика із стальних труб.

Теплогенератори типу ДКВР досить чутливі до якості води, тому вода, яку використовують для їх підживлення, повинна проходити пом’якшення та деаерацію. Робота теплогенеруючих установок з теплогенеаторами типу ДКВР легко піддається автоматизації, особливо при спалюванні рідкого та газоподібного палива. При спалювані мазуту чи газу надлишок повітря значно менший, ніж при спалюванні твердого палива, тому зменшується об’єм продуктів згорання, що дозволяє підвисити виробництво пари теплогенератора на 40-50 %.

Коефіцієнт корисної дії теплогенераторів ДКВР при наявності  низькотемпературних хвостових  поверхонь нагріву при спалюванні рідкого та газоподібного палива досягає 90 %, при спалюванні бурих та кам’яних  вугіль – 80…85 %, при спалюванні антрациту не перевищує 70% із-за високих значень втрат теплоти від механічної повноти згорання.

В якості низькотемпературної  хвостової поверхні нагріву до теплогенератора типу ДКВР, як правило, використовують чугунці водяні економайзери системи ВТІ із ребристих труб. Економайзер представляє собою систему ребристих труб, зібрану в колону, яка складається з декількох горизонтальних рядів. На кінцях економайзерних труб знаходяться квадратні приливи-фланці, дещо більшого розміру, ніж ребра на трубі (відповідно 150х150 мм 146х146 мм). Ці фланці після збірки економайзера утворюють дві металічні стінки. Газохід економайзера відокремлюється від оточуючого середовища з двох сторін ціми стінками, і з двох других сторін цегляною кладкою або обшивкою. Економайзерні труби з’єднуються чавунними деталями – калачами, приєднаними до  труб фланцями.

Вода з підживлювальної лінії  подається в одну з крайніх труб економайзера, а потім слідом проходить по всім його трубам, після чого поступає в верхній барабан теплогенератора. Рух води з гори вниз не допускається в разі попередження гідравлічних ударів. Димові гази в водяному економайзері доцільно направляти зверху вниз, так як при цьому покращуються умови теплообміну, в результаті чого знижується температура димових газів за економайзером. Температура димових газів за тепло генераторами типу ДКВР (перед економайзером). В залежності від виду зпалювального палива, складає 280…340 °С, після економайзера 140…180 °С.

2.Теплота згорання палива

1.Теплота згорання  палива

Низьку теплоту згорання газоподібного палива визначають по відомому вмісту окремих газів у %, що входять в склад палива кДж/м³ 

Q^C_H = Q^P_H = 0,01(Q_CO CO + Q_H2 H₂ + Q_H2S H₂S + ∑ Q_CmHn C_mH_n),

де СО, Н₂, Н₂S, C_mH_n- вміст відповідного газу по об’єму, %; Q_CO, Q_H2, Q_H2S, Q_CmHn- низька теплота спалювання даного газу, який входить в склад газоподібного палива, кДЖ/м³(дод. 3).

Q^C_H=Q^P_H=0,01(0+0+0+35900*91,4+64000*4,1+81300*1.9+118800*0.6+146000*0)=

=36869.13 (кДЖ/м³).

2.Вибір типу та  основні характеристики топічного  устрою

До основних характеристик  топічних устроїв відносять:

- рекомендована теплова  напруга топічного об’єму q_v=400 кВт/м² ;

- коефіцієнт надлишкового  повітря на виході з топки  α’’_m=1,15;

- втрати теплоти від хімічної неповноти згорання q₃=1%;

- втрати теплоти від  механічної неповноти згорання q₄=0%;

3. Вибір коефіцієнту надлишкового повітря та присосів в газоходах теплогенератора

α’’_і = α’’_m+∑∆αі;

де α’’_і- розрахунковий коефіцієнт надлишкового повітря на виході з розгляненого елемента; ∑∆αі- сума присосів повітря в усіх газоходах, які розташовані між топкою та розгляненим перерізом газового тракту. (∆αі- по дод. 6;α’’_m- по дод. 5).

α’’₁ =1,15+0,05=1,2;  α’’₂ =1,2+0,1=1,3;  α’’_ек =1,3+0,1=1,4

4. Разрахунок теоретичних об’ємів повітря та продуктів спалення (при α=1)

4.1 Визначають теоретичний об’єм повітря, необхідний для повного спалювання газоподібного палива,м³/м³:

V⁰=0,0476[0,5CO+0,5H₂+1,5H₂S+∑(m+n/4)C_mH_n-O₂];

де m-кількість атомів вуглеводу; n-кількість атомів водню.

V⁰=0,0476[0,5*0+0,5*0+1,5*0+2*91,4+3,5*4,1+5*1,9+6,5*0.6+8*0]=10м³/кг;

4.2 Визначають теоретичні об’єми продуктів спалення для сухого газоподібного палива, м³/м³:

об’єм трьохатомних газів

V⁰_RO2=0,01(CO₂+CO+H₂S+∑mC_mH_n);

V⁰_RO2=0,01( 0,4+0+0+1*91,4+2*4,1+3*1,9+4*0,6+5*0 )= 1,041   (м³/м³);

об’єм азоту (двоатомних газів)

V⁰_R2=V⁰_N2=0,79V⁰+0,01N₂;

V⁰_R2=V⁰_N2=0,79*10+0,1*2,6 = 8.16   (м³/м³);

об’єм водяної пари

V⁰_H2O=0,01(H₂S+H₂+∑n/2C_mH_n+0,124d_гт)+0,0161V⁰,

де d_гт- вологовміст газоподібного палива, що відноситься до1м³ сухого газу,г/м³; приймають в залежності від температури палива t_гт по табл.

V⁰_H2O=0,01(0+0+2*91,4+3*4,1+4*1,9+5*0,6+6*0+0,124*19,4 )+0,0161*10=2.25    (м³/м³);

5.Розрахунок дійсних  об’ємів повітря та продуктів  спалювання (при α>1)

5.1 Визначають об’єм повітря при α >1,м³/кг(м³/м³)

V=αV⁰;  V=1,15*10=11,5 (м³/кг);

5.2 Так як присоси повітря не мають трьохатомних газів,то дійсний об’єм цих газів не залежить від коефіцієнта надлишкового повітря та в усіх газоходах залишається постійним,який дорівнює теоретичному,тобто

V_RO2=V⁰_RO2;  V_RO2=1,041 (м³/кг);

об’єм двоатомних газів,м³/кг(м³/м³)

V_R2=V⁰_R2+(α-1)V⁰;  V_R2=8.16 +(1,15-1)*10 =9,66   (м³/кг);

об’єм водяної пари, м³/кг(м³/м³)

V_H2O=V⁰_H2O+0,0161(α-1)V⁰;   V_H2O= 2,25+0,0161*(1,15-1)*10= 2.27415 (м³/кг);

Сумарний об’єм димових  газів,м³/кг(м³/м³)

V_дг= V_RO2+ V_R2+ V_H2O;   V_дг=1,041+9,66+2,27415=12,975(м³/кг).

5.3 Об’ємні частки  трьохатомних газів r_RO2 та водяної пари r_H2O, дорівнюють парціальним тискам цих газів при загальному тиску P=0,1МПа, відповідно дорівнюють

r_RO2= V_RO2/ V_дг;  r_RO2= 1,041/12,975= 0,08;

r_H2O= V_H2O/ V_дг;  r_H2O= 2,2741/12,975= 0,175;

Визначають сумарну  об’ємну частку трьохатомних газів  та водяної пари:

r_n= r_RO2+ r_H2O;  r_n= 0,08 +0,175 = 0,255;

Всі розрахунки пункту 5 зводять в таблицю.

Таблиця 5.1

Характеристика продуктів  спалення в поверхнях нагріву

Перелік величин та формули  розрахунку	Oд. вимірювання	V0=10м3/кг;   V0N2=8,16м3/кг; V0RO2=1,041м3/кг;   V0H2O=2,25м3/кг;
		Дільниці газового тракту
		Топка α"m	Перший газохід конвективного  пучка α’’1	Другий газохід конвективного  пучка α2	Економайзер α’’ек=αух
Коеф. надлишкового повітря	-	1,15	1,2	1,3	1,4
Об’єм повітря V=αV0	м3/кг	11,15	11,6352	12,61	13,57
Об’єм трьохатомних  газів VRO2=V0RO2	м3/кг	1,041	1,041	1,041	1,041
Об’єм двоатомних  газів VR2=V0R2+(α-1)V0	м3/кг	9,1402	9,625	10,5946	11,5642
Об’єм водяної пари VH2O=V0H2O+0.0161(α-1)V0	м3/кг	2,25805	2,2112	2,2268	2,2424
Сумарний об’єм димових  газів Vдг= VRO2+ VR2+ VH2O	м3/кг	12,439	12,877	13,8624	14,8476
Об’ємні частки трьохатомних газів  rRO2= VRO2/ Vдг	-	0,084	0,0808	0,0751	0,0701
Об’ємні частки водяної  пари rH2O= VH2O/ Vдг	-	0,182	0,1717	0,1606	0,1510
Cумарну об’ємну частку  rn= rRO2+ rH2O	-	0,266	0,2525	0,2357	0,2211

 

6.Ентальпія повітря  та продуктів спалювання 

6.1 Розрахуємо ентальпію теоретичного об’єму повітря для всього вибраного діапазону температур,кДж/кг     I⁰_в=V⁰(ct)_в,  де (ct)_в- ентальпія 1м³ повітря кДж/м³, приймається для кожної обраної температури по дод.7.

t=900˚C   I⁰_в=10*1281=12810 (кДж/кг);

Для інших температур ентальпію  теоретичного об’єму повітря розраховуємо аналогічно.

6.2 Ентальпію теоретичного об’єму продуктів спалювання розрахуємо для обраного діапазону температур,кДж/кг

I⁰_дг=V⁰_RO2(ct)_RO2+V⁰_R2(ct)_N2+V⁰_H2O(ct)_H2O,

де (ct)_RO2,(ct)_N2,(ct)_H2O- ентальпії 1м³ відповідно трьохатомних газів, азоту, водяної пари, кДж/м³, приймають для кожної вибраної t˚C  по дод.7((ct)_RO2= (ct)_СO2)

t=900˚C     I⁰_дг=1,041*1951+8.66 *1243+2,25*1524=16224.37 (кДж/кг);

Для інших температур ентальпію теоретичного об’єму продуктів спалювання розраховуємо аналогічно.

6.3 Розрахуємо ентальпію продуктів спалювання при коефіцієнті надлишкового повітря α >1, кДж/кг

I_дг=I⁰_дг+(α-1)I⁰_в,

Результати розрахунку ентальпій продуктів спалювання по всім поверхням нагріву теплогенератора зводять до таблиці.

Таблиця 6.1

t,˚C	I0дг	I0в	Iдг=I0дг+(α-1)I0в, кДж/кг
			Коефіцієнти надлишкового повітря по ділянкам газового тракту
			α’’m =1,15	α’’1=1,2	α’’2 =1,3	α’’m=1,4
900	14906,76	12420,58	16769,85	-	-	-
1600	35749,91	23299,49	39244,83	-	-	-
2200	40483,97	32956,704	45427,48	-	-	-
300	4604,09	3907,49	-	5385,59	-	-
700	11292,13	9492,38	-	13190,61	-	-
1000	16766,79	13,923,46	-	19551,48	-	-
200	3032,67	2579,14	-	-	3806,41	-
400	6218,75	5255,23	-	-	7795,32	-
600	9559,54	8047,68	-	-	11973,84	-
100	1054,26	1279,87	-	-	-	1566,21
200	3032,67	2579,14	-	-	-	4064,33
300	4604,09	3907,49	-	-	-	6167,09