Аэродинамический расчет. В современных котельных установках при значительном снижении температуры уходящих продуктов сгорания и больших аэродинамических сопротивлениях применяют

В современных котельных установках при значительном снижении температуры уходящих продуктов сгорания и больших аэродинамических сопротивлениях применяют уравновешенную искусственную тягу с установкой дымососов и дутьевых вентиляторов. В этом случае основным назначением дымовой трубы является отвод продуктов сгорания в атмосферу на высоту, определяемую санитарно-гигиеническими и противопожарными требованиями. В задачу расчета искусственной тяги входят выбор типа дымососов и вентиляторов, определение необходимой их характеристики, конструктивных размеров дымовой трубы, а также расхода электроэнергии на тягу и дутье. Тяговые и дутьевые установки рассчитывают на максимальную нагрузку котельного агрегата с целью обеспечения нормальной его работы при всех возможных режимах.

Необходимую производительность дымососа определяют исходя из количества газов, покидающих котлоагрегат, с учетом присоса воздуха на пути до дымососа и с ведением поправки на действительную температуру продуктов сгорания.

При выборе дымососов и вентиляторов ориентируются на характеристики давлений дымососов и вентиляторов, устанавливающие связь между производительностью и давлением при заданной частоте вращения и плотности перемещаемого рабочего тела.

Для обеспечения нормальной работы котла необходимо для горения топлива непрерывно подавать в топку воздух и удалять из котла в атмосферу продукты сгорания. Такие условия обеспечиваются тяго – дутьевыми устройствам – дымососом и дутьевым вентилятором.

1) Часовая производительность дымососа, м³/ч:

Для паровых котлов:

 

(1.9)

 

Для водогрейных котлов:

 

(1.10)

 

где В – количество сжигаемого котлом топлива, кг/ч;

t – температура газов перед дымососом, ºС. Для водогрейных котлов - +230С, для паровых - +165С;

V_г – объем дымовых газов, выделяющихся при сжигании 1кг топлива, м³/ч:

 

(1.11)

 

где V⁰ –теоретически необходимое количество воздуха для горение 1 кг топлива, м³/ч:

 

(1.12)

 

2) Количество сжигаемого котлом топлива, кг/ч:

Для парового котла:

 

(1.13)

 

где В-количество сжигаемого котлом топливо, кг/ч;

Q – теплопроизводительность котла, МВт. Определяется для каждого типа котлов;

Q^н_р=5700 Ккал/кг (по составу твердого топлива);

Для водогрейного котла:

 

(1.14)

 

3) Производительность вентилятора, м³/ч:

Для паровых котлов:

 

(1.15)

 

Для водогрейных котлов:

 

(1.16)

 

где α_т- коэффициент избытка воздуха в топке, принимается в зависимости от вида топлива. Принимаем для твердого топлива 1,2;

t_в – температура подаваемого воздуха ºC но не ниже +20 ⁰С.

По аэродинамическому расчету выбираем для парового котла дымосос марки такой то вентилятор такой то с электродвигателем 4А-160S-У3, мощностью 15кВт. Для водогрейного котла дымосос марки с производительностью 74 м³/ч, с электродвигателем, с мощностью, и вентилятор марки с производительностью, с напором, с электродвигателем, с мощностью.

 

 

Расчет дымовой трубы

 

Дымовые трубы работают в сложных условиях: при перепадах температуры, давления, влажности агрессивном воздействии дымовых газов, ветровых нагрузок и нагрузках от собственной массы. Дымовые трубы выполняют кирпичными, железобетонными и металлическими. Основными элементами дымовой трубы являются фундамент трубы и ствол. Кладка последнего состоит на отдельных звеньев высотой 5 - 7 метров различной толщины, уменьшающейся постепенно к верху. Минимальная толщина стенок верхнего звена трубы 180-250мм. Для придания устойчивости снаружи труба имеет форму усеченного конуса. Для предохранения кирпичной кладки трубы от действия горячих газов в нижнюю часть трубы обкладывают футеровкой из огнеупорного кирпича, оставляя небольшой зазор между основной кладкой и футеровкой для свободного расширения последней. Кирпичные трубы сооружают высотой 30-70 метров, а диаметров не менее 600 мм.

Основным назначением дымовой трубы при искусственной тяге является вывод продуктов сгорания в более высокие слой атмосферы, чтобы улучшить условия рассеивания их в воздухе до уровня концентраций, когда они становятся безопасными для окружающей среды. Для правильного и надежного определения высоты трубы и обеспечения допустимых концентрации вредных выбросов необходимо рассчитать их суммарную величину.

Выбираем кирпичную трубу. Высота трубы принимается для паровых и водогрейных котлов. Н = 60м.

Задаемся скоростью газов. Скорость газа на выходе из устья трубы составит w_o = 20м/с.

Расход уходящих газов через трубу, м³/с

 

V₁ = V/z

 

V₁= 6,16/1=6,16 (1.17)

 

где V - действительный объемный расход газа, м³/с;

z - количество труб.

Площадь выходного сечения дымовой трубы, м²:

 

(1.18)

 

Диаметр трубы в устье, м:

 

(1.19)

 

 

Поскольку оксиды серы предусмотрено улавливать, а оксиды азота почти не улавливаются, определим потребную высоту дымовой трубы, м:

 

(1.20)

 

где М_NO2 = М_NO2/z - количество окислов азота в расчете на общеколичество труб. Остальные коэффициенты те же, что и при расчете приземных концентраций вредных веществ;

DТ – разность между температурой выбрасываемых газ среднейтемпературой воздуха в полдень.

 

 

Топливоподача

Топливом называют вещество, выделяющее при определенных условиях большое количество тепловой энергии, которую в зависимости от технических и экономических показателей используют в различных отраслях народного хозяйства. В теплоэнергетических установках выделившаяся из топлива тепловая энергия используется для получения рабочего тела – водяного пара или горячей воды, используемых в дальнейшем в технологических и отопительных установках, а также для производства электрической энергии.

Топливо можно разделить на две основные группы: горючее и расщепляющееся. Горючее – топливо, которое выделяет необходимое количество теплоты при взаимодействии с другим веществом; при этом химические компоненты горючего переходят в его окислы. Расщепляющееся топливо, которое выделяет необходимое количество теплоты в результате расщепления при определенных условиях молекул его вещества с одновременным образованием молекул других химических элементов. Горючее топливо делится на органическое и неорганическое. Органическое топливо включает углеводородные химические соединения природного и искусственного происхождения, углерод и водород, а также их смеси. Неорганическим топливом являются неорганические вещества и их композиции, которые при взаимодействии с окислителем выделяют большое количество теплоты.

Энергетическое топливо это – горючие вещества, которые экономически целесообразно использовать для получения тепловой и электрической энергии. Все виды топлива могут быть разделены на природные и искусственные. К природным относятся органические топлива, непосредственно добываемые из недр земли. Это – уголь, торф, сланцы, нефть, природный газ. Искусственное топливо получается в результате переработки природных топлив на газовых, нефтеперерабатывающих, металлургических предприятиях. Искусственными топливами являются кокс, полукокс, доменный, коксовый, генераторный газы, газ пиролиза нефти, мазут.

Наибольшие энергетические ресурсы органического топлива сосредоточены в угле. В зависимости от «химического возраста» (период времени в течение которого протекали химические превращения в массе топлива) различают три стадии образования ископаемого твердого топлива:

- Торфяная, то есть связанная с образованием торфа;

- Буроугольная – период превращения торфа в бурые угли;

- Каменноугольная – наиболее длительный период химических превращений с образованием каменных углей и антрацитов.

Каменные угли представляют собой продукт более полного превращения исходного органического материала. В отличие от бурых углей они содержат больше углерода и меньше водорода и кислорода. Каменные угли обладают меньшей гигроскопичностью, более высокими плотностью и механической прочностью, большей химической устойчивостью. Каменные угли добываются шахтным и открытым способами. Транспортируются они в основном железнодорожным транспортом.

По своему составу органическое топливо можно разделить на твердое, жидкое и газообразное. Твердые и жидкие органические топлива представляют собой сложные химические соединения горючих и негорючих веществ, структура которых изучена методами химического анализа определяется так называемый элементарный состав этих видов топлива, то есть процентное содержание в массе органического топлива тех или иных химических элементов.

Основными химическими элементами, входящими в состав твёрдого топлива являются: углерод, водород, кислород, азот и сера. Помимо указанных элементов в составе твердого топлива имеется влага и негорючие минеральные вещества, образующие при сжигании золу. Золу и влагу называют внешним балластом. В дипломном проекте используются каменные угли Семипалатинского бассейна. Эти угли используются как энергетическое топлива. В состав Семипалатинских каменных углей входят: углерод - 76%, сера – 0,5%, водород – 4,7%, кислород – 18%, азот – 1%.

Склад для хранения топлива закрытый, механизированный. Уголь доставляется железнодорожным транспортом. Со склада топливо с размером кусков 200мм, ленточным конвейером №1 подается в узел дробления, где происходит измельчение фракций угля до 60 мм, откуда ленточным конвейером №2 подается в бункеры котлов. Загрузка бункеров котла производится плужковыми сбрасывателями.

В проекте используется слоевой способ сжигания. Процесс подготовки твердого топлива для сжигания в слоевых топках сложен, определяется рядом свойств и состоит из следующих стадий: удаление металла, дробление больших кусков в дробильной установке, подача топлива в топочное устройство. Измельчение топлива происходит в основном за счет удара, раздавливания и истирания. Дробление в дробилках происходить за счет раздавливания и раскалывания до максимального размера кусков.

Слоевые топки предназначены для сжигания твердого кускового топлива. Они просты в эксплуатации, пригодны для различных сортов топлива, не требуют больших объемов топки, могут работать при значительных колебаниях тепловой нагрузки, отличаются относительно небольшим расходам энергии на собственные нужды и, главное, не требуют дорогих пылеприготовительных устройств.

Для сжигания твердого топлива в плотном слое применяются разнообразные топочные устройства, различающиеся как теплотехническими характеристиками (способами подвода топлива и воздуха, организацией смесеобразования, тепловой подготовкой) так и конструктивными исполнением. Обслуживание топки, в которой топливо сжигается в слое, включает следующие операции: подачу топлива в топку, перемещение кусочков топлива, удаление из топки шлака. В зависимости от степени механизации указанных операции, топочные устройства можно разделить на: немеханизированные, полумеханические, механические. По режиму подачи топлива в слой различают топочные устройства с периодической и непрерывной загрузкой топлива. Характер подачи топлива в топку оказывает решающее влияние на показатели работы топочного устройства.

Значительное распространение в промышленности имеют механические слоевые топки с цепными решетками. Характерной особенностью этих топок являются непрерывное перемещение топлива с колосниковой решеткой, представляющей собой транспортер, выполненный в виде бесконечного полотна.

В проекте применяется механическая топка с подвижными колосниковыми решетками обратного хода. К данной категории топочных устройств относятся конструкции, в которых полностью механизируются все топочные процессы. Механические топки, как привило, имеют повышенную теплопроизводительность. При простых колосниковых решетках длина зеркала горения L не должна превышать 2 м, так как в противном случае ухудшается качество обслуживания топки. Механические топки лишены этого недостатка, поэтому длина зеркала горения в некоторых конструкциях достигает 7-8 м, что соответственно увеличивает мощность механических топок. Если сжигается утроенное количество топлива на определенной ширине котла по фронту, то невозможно подавать его вручную. Это относится и к способам удаления шлака. Кочегар обязан только контролировать работу топки: менять толщину слоя топлива и его скорость продвижения, дутье и, наконец, исправлять и выравнивать слой периодической шуровкой через боковые окна.

Цепная решетка. Одна из механических топочных конструкций, получивших наибольшее распространение – цепная решетка. Цепная решетка представляет собой гибкое полотно, надетое на два барабана. Передний барабан размещается перед фронтом топки, получая вращение от электропривода, является ведущим, задний барабан, ведомый, расположен в конце топки. Над передним краем решетки находится загрузочный бункер, из которого топливо под действием собственной массы поступает на движущееся полотно, захватывается им и перемещается далее вдоль топки, успевая сгореть к концу обратного хода. Толщина слоя топлива, поступающая на цепную решетку, регулируется шибером слоя, часто называемым гильотиной. В зависимости от рода топлива и его фракционного состава редуктором и коробкой скоростей устанавливается та или иная скорость перемещения цепи, которая может меняться в пределах от 2 (для антрацита) до 30 м/ч.

Условия сжигания топлива в топке данной конструкции резко отличается от условии сжигания его в других топках. Здесь топливо из бункера поступает на полотно решетки с низу. Зажигается топливо не снизу вверх, а наоборот, сверху вниз от лучеиспускающего свода, топочного факела и от соприкосновения с горящим рядом слоем. Такой способ, естественно, менее эффективен. Для повышения интенсивности горения в этих топках рекомендуется подавать под решетку через дутьевые секции подогретый воздух. Поскольку полотно решетки лишь 50 % времени находится под слоем, а остальные 50 % совершает возвратные холостые ходы и при этом охлаждается, то температуру подогретого воздуха можно доводить до 250 ⁰С.

Топливо лежит неравным слоем на цепной решетке; слой постепенно, начиная от загрузочной воронки к шлакоснимателю, выгорает и делается тоньше. Слой шлака, наоборот, нарастает, что и дает возможность полностью механизировать не только загрузку топлива, но и отвод шлака.

В топке с решеткой обратного хода полотно с топливом перемещается от задней стенки к фронту. В проекте применяемое колосниковое полотно чешуйчатого типа. Чешуйчатая цепная решетка (ЧЦР) выполнена из наклона расположенных беспровальных колосников. По длине решетки процесс горения разделяется на следующие этапы: подготовка топлива (подсушка, выделение летучих), горение кокса и летучих, выжиг и удаление шлака.

Для различных этапов горения топлива потребность в воздухе по длине колосниковой решетки неодинакова. Наименьшее количество воздуха подается в начале и в конце решетки. В средней части решетки, где происходит активное горение топлива, расход воздуха максимальный. Этим определяется целесообразность применения в цепных решетках позонного подвода воздуха. Применение позонного подвода воздуха улучшает горение топлива, а также снижает потери теплоты с уходящими газами с понижением общего избытка воздуха в топке.

Топка ПМЗ-ЧЦР с цепной решеткой обратного хода, у которого полотно со слоем топлива перемещается от задней стенки топочной камеры к фронтальной части агрегата. Топлива подается на решетку с помощью пневмомеханических забрасывателей. Более крупные фракции топлива, падая на дальнюю часть цепной решетки, пролетают более длинный путь. Маленькие частицы топлива ложатся на горящий слой топлива ближе к фронтальной части котельного агрегата.

1.6.1 Расчет ленточного конвейера

1) Для расчета ленточного конвейера необходимо найти производительность, кг/сек:

 

В = В_сут × 24 / Т (1.21)

 

В= 10297,26×24 / 8 =8,5

 

где В_сут - суточный расход топлива;

Т - число часов работы топливоподачи;

2) Ширина ленты применяется для рядового топлива, мм:

 

в = 3,3×d+200 (1.22)

 

в = 3,3×60+200=400

 

где d - размер наиболее крупного куска, после прохода топлива через решетку топливоподачи и дробилку.

 

 

Шлакозолоудаление