Эффективное сжигание твердого мелкозернистого топлива (0-20 мм) может быть достигнуто при использовании принципа кипящего (псевдоожиженного) слоя, применение которого при газификации топлива, в черной и цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей, строительной и других отраслях промышленности позволило резко интенсифицировать ряд технологических процессов.

Кипящий слой характеризуется скоростью первичного воздуха, превышающей предел устойчивости плотного слоя, но далеко не достигающей скорости витания средних частиц. При этих условиях все частицы в слое интенсивно перемешиваются, двигаясь колебательно вверх и вниз, причем в целом слой имеет относительно четкую верхнюю границу. Для кипящего слоя твердого топлива характерны повышенная его концентрация в объеме камеры горения, а также повышенная относительная скорость в слое w0tп, что создает благоприятные условия для скоростного горения топлива. В отличие от плотного (неподвижного) слоя, аэродинамическое сопротивление которого с увеличением интенсивности дутья возрастает по степенному закону, в кипящем слое сопротивление от этого фактора не зависит (рис. 6.10, а).

При малой скорости дутья слой остается неподвижным и работает как фильтрующий. При достижении критической скорости дутья сила давления газового потока в слое становится равной силе тяжести частиц. Слой начинает расширяться, и при дальнейшем увеличении скорости воздуха частицы приходят в движение. Объем слоя увеличивается в 1,2-1,8 раза в зависимости от интенсивности дутья, формы и размеров частиц. Сопротивление кипящего слоя с изменением интенсивности дутья не изменяется, потому что при этом увеличивается расстояние между частицами, т. е. увеличивается проходное сечение для газа. При чрезмерном увеличении скорости дутья весь слой переходит во взвешенное состояние и может быть вынесен из рабочей камеры.

Для кипящего слоя подобно жидкости характерен линейный закон падения давления по его высоте (рис. 6.10, б). Давление (сопротивление) в кипящем слое пропорционально его высоте и плотности «кипящего» материала. В отличие от аэровзвеси, где относительная скорость частиц и газа приближается к нулю, для кипящего слоя в отдельные
периоды (при падении частиц) она доходит до нескольких метров в секунду.

Впервые использование принципа кипящего слоя в топочном устройстве было начато в 1944 г. работами Московского энергетического института применительно к малореакционным мелкозернистым топливам (АШ, коксовая мелочь), а в последующем и к бурым углям. Характерной отличительной особенностью топок МЭИ является двухступенчатая схема организации процесса горения. В качестве первой ступени используются топки с кипящим слоем, где проводится интенсивная и глубокая тепловая подготовка топлива: прогрев, подсушка и выделение высокотемпературных горючих газов. Второй ступенью топки с кипящим слоем является камера дожигания горючего газа, выдаваемого кипящим слоем, и содержащихся в нем частиц термически подготовленного уноса.

При работе таких топок на АШ в слой подают около трети воздуха, необходимого для полного сгорания топлива. Газообразование в кипящем слое (рис. 6.11) происходит подобно газообразованию в плотном слое, однако кислородная и восстановительная зоны имеют увеличенные толщины. Температуру кипящего слоя поддерживают на уровне, исключающем плавление золы, во избежание шлакования слоя. Это может быть достигнуто установкой в слое охлаждающих поверхностей, рециркуляцией дымовых газов и др.
В нормально работающем кипящем слое оплавленного шлака не получается.

Относительно высокая и достаточно равномерная температура по высоте слоя (при работе на АШ около 1000 °С), благоприятные гидродинамические условия, определяемые повышенной относительной скоростью газа, и наличие достаточно развитой поверхности окисления мелкозернистого топлива обеспечивают высокую производительность кипящего слоя как первой ступени полугазовой топки с кипящим слоем. В рассматриваемых условиях выходящий из слоя горючий газ имеет температуру около 1000°С и теплоту сгорания 1,7- 2,5 МДж/м 3 . Видимая плотность теплового потока на дутьевую решетку составляет q n =4,7/7МВт/м 2 .

Вторую ступень топки с кипящим слоем для дожигания газа и выноса можно выполнить по различным вариантам. На рис. 6.12 показана компоновка однокамерной топки с кипящим слоем с водогрейным котлом; вторая ступень топки с кипящим слоем располагается непосредственно над слоем. Такая топка в производственных условиях работала на коксовой мелочи и подмосковном угле. Крупность топлива 0-20 мм. Тепловая мощность водогрейного отопительного котла около 5 МВт. При работе на коксовой мелочи (Ар = 17,33 %; Wp= 19,85 %) около 30 % всего количества воздуха, необходимого для горения, поступает под решетку, имеющую живое сечение 3-4 %. Остальной воздух подается в топочную камеру над кипящим слоем через два ряда фурм. Необходимое охлаждение кипящего слоя топлива для осуществления бесшлаковочного режима (1000°С) достигается расположенными в кипящем слое водоохлаждаемыми поверхностями, включенными в систему циркуляции котла.

Коэффициент теплоотдачи от кипящего слоя к охлаждающей поверхности составляет около 250-400 Вт/(м 2 *К). Был предусмотрен также впрыск воды непосредственно в кипящий слой для возможности регулирования его температуры в случае необходимости. При работе на подмосковном угле марки БМ (А р =19,8 %; W p = 33,84 %) в слой подавалось около 50-60 % всего воздуха, температура слоя поддерживалась на уровне 900 °С. Поддержание желательной зольности слоя, исключающей его погасание и обеспечивающей небольшие потери от механического недожога с выгребом, осуществляется непрерывной или периодической «продувкой» слоя через выгребное устройство. Высота слоя в состоянии кипения поддерживается на уровне 600-800 мм. Необходимое давление воздуха под решеткой составляет 3400-3900 Па. При работе на коксовой мелочи расход топлива составляет около 0,3 кг/с, а при работе на подмосковном угле 0,5 кг/с. При этом видимая плотность теплового потока дутьевой решетки составляла q H - 4,8 МВт/м 2 при объемной плотности тепловыделения на всю топочную камеру г у = 0,17 МВт/м.

На рис. 6.13 показаны некоторые другие варианты второй ступени топки с кипящим слоем. На схеме а - вариант однокамерной топки с кипящим слоем, где для интенсификации сжигания выноса вторичный воздух подается тангенциально; на схеме б сочленение первой и второй ступеней Двухкамерной гонки осуществляется при помощи специальной турбулентной горелки; на схеме в в качестве второй ступени топки с кипящим слоем используется циклонная камера с жидким шлакоудалением. В 50-х годах в СССР были построены и находились в эксплуатации три топки с кипящим слоем, показавшие возможность эффективного сжигания различных мелкозернистых топлив.

Особый интерес к организации сжигания топлив в кипящем слое вызван рядом обстоятельств. Для сжигания могут использоваться различные топлива, включая низкосортные, крупностью 0-20 мм. При этом значительно сокращаются расходы электроэнергии на топливоприготовление. Расположение поверхностей нагрева в кипящем слое, где коэффициент теплоотдачи составляет 200-300 Вт/(м 2 *К), обеспечивает существенное снижение металлоемкости установки. Работа с относительно низкотемпературным слоем (800- 1000°С) приводит к значительному уменьшению загрязнения атмосферы соединениями серы, так как большая ее часть остается в слое и удаляется вместе с золой. Для повышения степени улавливания серы в кипящий слой может добавляться известь или доломит. Благодаря низкой температуре отходящие из кипящего слоя газы практически не содержат оксидов азота. Снижается также возгонка щелочных соединений золы топлива, что приводит к уменьшению загрязнения поверхностей нагрева.

Принципиальная схема котла с топкой кипящего слоя с размещением части поверхностей нагрева в слое показана на рис.6.14. Предусмотрен возврат в топку уловленного выноса из кипящего слоя, содержащего обычно значительное количество невыгоревшего углерода. Возможна также схема с дожиганием выноса в специальном устройстве. В настоящее время за рубежом и в СССР в эксплуатации находятся различные топки с кипящим слоем, в том числе для котлов большой паропроизводительности, а также работающие под давлением (до 1 МПа), что приводит к дальнейшей интенсификации процесса сжигания твердого топлива и улучшению технико-экономических показателей.

Наряду со сжиганием твердого топлива в кипящем слое может быть организовано высокоэффективное сжигание газового и жидкого топлив. Для этого над дутьевой решеткой создается кипящий слой из инертного материала (песок, кирпичная крошка и т. п.), в котором сжигается газ или жидкое топливо. В таком кипящем слое также могут быть установлены поверхности нагрева котла, что интенсифицирует теплопередачу.

Широкое распространение в промышленности находят также технологические топки с кипящим слоем, в частности Для обжига различных серосодержащих материалов (колчедана, медных и цинковых концентратов и др.). Для подДержания температуры слоя на уровне, исключающем его шлакование, используют охлаждаемые элементы, располагаемые в кипящем слое и отнимающие избыточную теплоту. В этих элементах обычно вырабатывается пар. Более подробно о таких энерготехнологических установках см. гл. 18.

Процесс сжигания топлива происходит в неподвижном и кипящем слое (псевдоожиженном), В неподвижном слое (рис. 13, а) куски топлива не перемещаются относительно решетки, под кото­рую подается необходимый для горения воздух. В кипящем слое (рис. 13, б) частицы твердого топлива под действием скоростного напора воздуха интенсивно перемещаются одна относительно другой. Кипящий слой существует в границах скоростей от начала псевдоожижения до режима пневмотранспорта.

На рис. 14 показана структура неподвижного слоя. Топливо 4, ссыпаемое на горящий кокс, прогревается. Выделяющиеся лету­чие сгорают, образуя надслойное пламя 5. Максимальная темпера­тура (1300-1500 °С) наблюдается в области горения коксовых частиц 3. В слое можно выделить две зоны: окислительную, а > 1; восстановительную, а < 1. В окислительной зоне продуктами реакции горючего и окислителя являются как С02, так и СО. По мере использования воздуха скорость образования С02 за­медляется, максимальное ее значение достигается при избытке воздуха а = 1. В восстановительной зоне ввиду недостаточного количества кислорода (а < 1) начинается реакция между С02 и горящим коксом (углеродом) с образованием СО. Концентрация СО в продуктах сгорания возрастает, а С02 уменьшается. Длина зон в зависимости от среднего размера 6К частиц топлива следую­щая: Ьг = (2 - 4) 6К; L2 = (4 - 6) 8К. На длины зон Lx и La (в сторону их уменьшения) влияют увеличение содержания лету­чих горючих V„, уменьшение зольности Ар, рост температуры воздуха.

Поскольку в зоне 2 кроме СО содержатся Нг и СН4, появление которых связано с выделением летучих, то для их дожигания часть воздуха подается через дутьевые сопла 3, расположенные над слоем (см. рис. 13, а). В кипящем слое крупные фракции топ­лива находятся во взвешенном состоянии. Кипящий слой может быть высокотемпературным и низкотемпературным. Низкотемпе­ратурное (800-900 °С) сжигание топлива достигается при разме­щении в кипящем слое поверхности нагрева . Динамика кипящего слоя (по его высоте hcn)- выход газообразных состав­ляющих (S08, SO, На и 02) и изменение температуры і - пред-

Рис. 13. Схемы сжигания топ­лива в неподвижном и кипящем слое:

1 - подвод воздуха; 2 - решетка; 3 - дутьевое кольцо

Ставлена на рис. 15. В отличие от неподвижного слоя, где размер частиц топлива достигает 100 мм, в кипящем слое сжигается дроб­леный уголь с 6„ < 25 мм. В слое содержится 5-7 % топлива (по объему). Коэффициент теплоотдачи к поверхностям, распо­ложенным в слое, довольно высок и достигает 850 кДж/(м2-ч. К)- При сжигании малозольных топлив для увеличения теплоот­дачи в слой вводят наполнители в виде инертных зернистых ма­териалов: шлак, песок, доломит. Доломит связывает оксиды серы (до 90 %), в результате чего снижается вероятность возникнове­ния низкотемпературной коррозии. Более низкий уровень темпе­ратур газов в кипящем слое способствует уменьшению образова­ния в процессе горения оксидов азота, при выбросе которых в атмосферу загрязняется окружающая среда. Кроме того, исклю­чается шлакование экранов, т. е. налипание на них минеральной части топлива.

Следует отметить также циркулирующий кипящий слой, ха­рактерной особенностью которого является приближение к работе

Слоя в режиме пневмотранспорта.

Топка с неподвижным слоем может быть ручной, полумеханической или ме­ханической с цепной решеткой. Разли­чают топки с прямым (рис. 16, а) и об­ратным (рис. 16, б) ходом решеток /, приводимых в движение звездочками 2. Расход топлива, подаваемого из бункера 3, регулируется высотой установки ши­бера 4 (см. рис. 16, а) или скоростью движения дозаторов 7 (рис. 16, б). В ре­шетках с обратным ходом топливо пода­ется на полотно забрасывателями 8 меха­нического (рис. 16, б, в) или пневмати­ческого (рис. 16, г) типа. Мелкие фракции топлива сгорают во взвешенном состоя­нии, а крупные - в слое на решетке,

Под которую подводится воздух 9. Прогрев, воспламенение и горение топлива происходят за счет теплоты, переда­ваемой излучением от продуктов сгорания. Шлак 6 с помощью щлакоснимателя 5 (рис. 16, а) или под действием соб­ственного веса (рис. 16, б) поступает в шлаковый бункер. Структура горящего слоя представлена на рис. 16, а. Об­ласть III горения кокса после зоны II подогрева поступающего топлива (зона I) расположена в центральной части решетки. Здесь же находится восстановительная зона IV. Неравномерность сте­пени горения топлива по длине решетки приводит к необходимости секционного подвода воздуха. Большая часть окислителя должна подаваться в зону III, меньшая -в конец зоны реагирования кокса и совсем небольшое количество - в зону // подготовки топлива к сжиганию и зону V выжига шлака. Этому условию отве­чает ступенчатое распределение избытка воздуха ах по длине

Рис. 17. Схема котла с топкой с кипящим слоем и конструкция «колпачка раз­дачи воздуха

Решетки. Подача одинакового количества воздуха во все секции могла бы привести к повышенным избыткам воздуха в конце по­лотна решетки, в результате чего его будет не хватать для горения кокса (кривая аг) в зоне III.

Основным недостатком топок с цепными решетками являются повышенные потери теплоты от неполноты сгорания топлива. Область применения таких решеток ограничена котлами паро - производительностью D - 10 кг/с и топливами с выходом летучих Уд f= 20 % и приведенной влажностью W" = 3,25 %. кг/МДж.

Tonnfa с кипящим слоем применена на котле паропроизводи- тельностью D = 75 т/ч, работающем на сланцах (рис. 17). В зоне низкотемпературного кипящего слоя размещены перегреватель - ные 8 и испарительные 9 поверхности нагрева. Подача топлива в слой 3 происходит сверху, а ввод воздуха - из короба 6 через «олпачки (рис. 17, б), расположенные по полотну решетки. Отвод золы из слоя осуществляется по золоотводу 7. Мелкие фракции топлива сгорают во взвешенном состоянии над слоем. Передача теплоты испарительным поверхностям 2 в топке U перегревателю 11 и экономайзеру 10 происходит как в барабанном котле.

Для обеспечения надежности циркуляции среды в испаритель­ных поверхностях 9, расположенных в слое, используется цирку­ляционный насос 5.

Топки с кипящим слоем отличаются пониженным выбросом Таких вредных соединений, как NOx, S02, малой вероятностью шлакования экранов, возможностью (ввиду низкой температуры (Газов) насыщения объема топки поверхностями нагрева. Недо - 44

Статками их являются повышенная неполнота сгорания топлива, высокое аэродинамическое сопротивление решетки 4 и слоя 3, узкий диапазон регулирования паропроизводительности котла.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Агентство по образованию

ГОУ ВПО АлтГТУ им. Ползунова И.И.

Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Лабораторная работа

по курсу «Теплогенерирующие установки»

«Тепловой расчет котлов с кипящим слоем»

Выполнили:

студенты ТГВ-31

О.Д. Королева

Д.А. Липезин

Проверил: С.М. Кисляк

Барнаул 2006

1. Зона кипящего слоя

2. Вывод расчетных зависимостей

2.1 Расчет кипящего слоя

2.2 Расчет теплообмена в топке

Список литературы

1. Зона кипящего слоя

Основу методики расчета кипящего слоя положено уравнение баланса тепла в слое, которое включает в себя:

приход тепла:

Тепло, выделяющееся при горении топлива в объёме кипящего слоя;

Физическое тепло, вносимое в слой псевдоожижающим воздухом и топливом;

расход тепла:

С продуктами сгорания, избыточным воздухом и золой, выносимыми из слоя;

Тепло, воспринимаемое поверхностями нагрева, контактирующими с материалом НТКС;

Тепло на прогрев уноса, возвращаемого в НТКС;

Тепло, выводимое из слоя со сливом золы (материала слоя).

Основную проблему составляет определение доли топлива, реагирующего в слое (от всего сгоревшего топлива) и теплоотдача к поверхностям нагрева. Доля выгорающего в слое крупного кокса определяется его зерновой характеристикой, скоростью псевдоожижения и интенсивностью рециркуляции частиц. Т.е. в расчетах нужно использовать зерновую характеристику кокса.

Для практических расчетов связанных с проектированием новых и реконструкцией действующих котлов, ввиду резко переменных физических, теплофизических свойств, гранулометрического состава топлива и сложности процессов целесообразна разработка приближенной методики расчета.

Учитывая наличие опробованных методик для расчета выгорания пылеугольного факела, в методике расчета НТКС (низкотемпературного кипящего слоя) предложено определять расход сгоревшего топлива в слое как разность между топливом, сгоревшим в слое, и сгоревшим в надслоевом объёме свежим топливом и вторичным (вынос из слоя от возврата на дожигание) уносом.

При расчете необходимо учитывать изменение доли уносимых частиц D ун, зависящей от рабочей скорости в слое w кс. Последняя может быть определена только после расчета избытка воздуха. Это обстоятельство приводят к необходимости введения зависимости D ун =f(w кс), которая с достаточной точностью линеаризуется в рабочем диапазоне скоростей (37 м/с).

Таким образом, прелагаемая методика позволяет рассчитывать основные режимные характеристики работы кипящего слоя (избыток воздуха, скорость на выходе из слоя, расход сгоревшего топлива, расход воздуха под решетку) при заданных конструктивных характеристиках и температуре слоя.

Рис. 1. Схема котла с кипящим слоем

1 - система распределения воздуха (воздух должен подаваться в слой для псевдоожижения и для сгорания);

2 - система вывода золы и отработанного сорбента;3 - система питания углем и известняком; 4 - пусковая система (горелка): 5 - уголь и известняк; 6 - пар; 7 - система улавливания летучей золы: механический пылеулавитель; мешочный фильтр; 8 - уходящие газы; 9 - система теплового контроля; 10 - зола; 11 - экономайзер; 12 - питательный насос; 13 - линия возврата золы с недожогом в кипящий слой

2. Вывод расчетных зависимостей

2.1 Расчет кипящего слоя

топливо теплообмен кипящий температура

Баланс тепла в слое имеет вид:

(1.1)

где -- располагаемое тепло топлива, кДж/кг;

сл -- избыток воздуха в слое;

--расход топлива, сгорающего в слое, кг/с;

В -- расход топлива, вводимого в котел, кг/с;

сл -- температура слоя, К;

-- энтальпии продуктов сгорания, воздуха, золы при температуре слоя, кДж/кг;

k j -- коэффициент теплоотдачи к теплообменным поверхностям, Вт/м 2 К;

H j -- поверхность нагрева, контактирующая с кипящим слоем, м 2 ;

t ср -- температура рабочей среды, К;

K цi -- кратность циркуляции (отношение расхода циркулирующего материала к расходу подаваемого топлива в 1, 2-ом контурах);

t цi -- температура уноса, уловленного в i-ом золоуловителе, К;

t слив -- температура сливаемой золы (материала слоя), К.

Суммарная кратность и кратность циркуляции в 1, 2-ом контурах определяется из материального баланса для контуров, и могут быть записаны как:

где: D=(1- 1)(1- 2)

1 , 2 -- интегральные КПД золоуловителей 1, 2 ступени.

Учитывая, что J в В р =V в 0 с в t в В р =Q в с в t в, кДж/кг, и обозначив:

уравнение (1.1) можно переписать в более удобном виде:

Расчетный расход топлива, сгорающего в слое, складывается из расходов реагирующего в объёме НТКС свежего топлива размером более уносимого, а также уноса, возвращенного на дожигание, т.е.

Принимая, что весь унос, возвращенный на дожигание, реагирует в объёме слоя, имеем:

Доля уносимых частиц в подаваемом топливе в интервале скоростей 37 м/с практически линейно зависит от рабочей скорости газов на выходе из слоя w р, т.е.

D ун =X+Yw р.

Рабочая скорость газов на выходе из слоя определяется из уравнения расхода:

Обозначив

Расход воздуха, подаваемого под слой (для обеспечения заданных избытков воздуха и температуры кипящего слоя), определяется из (1.1а):

Избыток воздуха на выходе из слоя при этом (по определению) равен:

2.2 Расчет теплообмена в топке

Для расчета температуры газов на выходе из топки используется формула нормативного метода:

Т а - теоретическая температура горения, К;

М - коэф-т, учитывающий характер распределения температур по высоте топки;

у 0 = 5,67·10 -11 - коэффициент излучения абсолютно черного тела, кВт/(м 2 ·К 4);

ш ср - средний коэффициент тепловой эффективности топочнфх экранов;

F ст - полная поверхность стен топочной камеры;

б т - степень черноты топки;

ц - коэффициент сохранения тепла;

Vc ср - средняя суммарная теплоемкость продуктов сгорания.

Использование этой формулы для расчета надслоевого объёма топок кипящего слоя приближает расчетную схему к традиционной, но требует уточнения методики и определения (с учетом специфики топок НТКС) адиабатической температуры горения. Адиабатическая температура в этом случае существенно ниже, чем для топок слоевых и прямоточно-факельных котлов. Это обусловлено сжиганием основной массы (до 6090%) топлива непосредственно в объеме слоя, имеющего достаточно низкую температуру (1120-1220 К).

Таким образом, выражение для определения тепловыделения в топке (соответствующее адиабатической температуре горения) может быть записано в виде:

где: -- максимально возможное тепловыделение в топке (т.е. тепловыделение, которое имело бы место при сжигании всего топлива в надслоевой зоне)

Энтальпия газов, уходящих из слоя, кДж/кг,

Расчетные расходы топлива, сгорающие в котле и непосредственно в слое, кг/с,

К т -- доля топлива, сгорающего в слое,

Тепло, вносимое со вторичным (холодным или нагретым) воздухом;

КДж/кг;(1.11)

Расходы воздуха на котел и вводимого под слой, нм 3 /с;

Тепло, вносимое в топку с присасываемым воздухом, кДж/кг;

Энтальпии вторичного и холодного воздуха, кДж/кг;

Тепло, вносимое с рециркулирующими газами и с газами, эжектируемыми с уносом из-под вынесенных уловителей, кДж/кг;

Тепло, возвращаемое в топку с уносом, вводимым в надслоевой объем,

КДж/кг (1.12)

где -- кратность циркуляции уноса, возврат которого осуществляется над слоем,

с зл -- теплоемкость золы (уноса) при температуре в системе возврата уноса t ц, кДж/кгК.

Адиабатическая температура определяется по J- таблице при расчетном избытке воздуха на выходе из топки с учетом энтальпии золы, равной

где К ц -- суммарная кратность циркуляции, определяемая по формуле (1.2).

При этих же условиях определяется и энтальпия газов на выходе из топки, входящая в выражение для определения средней суммарной теплоемкости продуктов сгорания Vc ср.

Концентрация золы в продуктах сгорания рассчитывается как:

Тепловой баланс котлоагрегата

	Наименование величины	Размерность	Обозначение	Расчетная формула
	располагаемое тепло топлива
	расход топлива, сгорающего в слое
	потеря тепла от механического недожега			по приложению Д-Ж
	скорость газов на выходе из слоя
	расход воздуха, подаваемого под слой
	энтальпя продуктов сгорания			по приложению В
	энтальпя воздуха			по приложению В
	энтальпя золы			по приложению В
	кратность циркуляции
	избыток воздуха на выходе из слоя

Тепловой расчет топочной камеры

	Наименование величины	Размерность	Обозначение	Расчетная формула
	температура газов на выходе
	тепловыделение в топке (max)
	энтальпия газов, уходящих из слоя			по диаграмме
	доля топлива, сгорающего в слое
	тепло, вносимое со втооричным воздухом
	тепло, вносимое в топку с присасываеиым воздухом
	тепло, возвращаемое в топку
	энтальпия золы
	концентрация золы в продуктах сгорания

Список литератуы

1. Тепловой расчёт котлоагрегатов малой и средней мощности: Методические указания/ С.М. Кисляк; Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006.-57с.

2. Радованович. М., Сжигание топлива в псевдоожиженном слое, - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 248.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Проектирование и тепловой расчет котельного агрегата. Характеристика котла, пересчет топлива на рабочую массу и расчет теплоты сгорания. Определение присосов воздуха. Вычисление теплообмена в топке и толщины излучающего слоя. Расчет пароперегревателя.

курсовая работа , добавлен 08.04.2011


Описание котельной и ее тепловой схемы, расчет тепловых процессов и тепловой схемы котла. Определение присосов воздуха и коэффициентов избытка воздуха по газоходам, расчет объемов воздуха и продуктов сгорания, потерь теплоты, КПД топки и расхода топлива.

дипломная работа , добавлен 15.04.2010


Топливо, его состав, объемы воздуха и продуктов сгорания для котла определенного типа. Элементарный состав топлива. Коэффициент избытка воздуха в топке. Объёмы продуктов сгорания. Тепловой баланс котла, расчет расхода топлива на весь период его работы.

контрольная работа , добавлен 16.12.2010


Применение аппаратов с кипящим слоем. Материальный, тепловой, гидродинамический, гидравлический и конструктивный расчеты сушилки с псевдоожиженным слоем. Подбор вспомогательного оборудования: калорифера, циклона, вентилятора, питателя, разгрузителя.

курсовая работа , добавлен 07.08.2017


Принципиальное устройство котла ДЕ16-14ГМ. Теплота сгорания топлива; присосы воздуха, коэффициенты его избытка по отдельным газоходам; энтальпии продуктов сгорания. Тепловой баланс котла, расход топлива. Поверочный расчет теплообмена в топочной камере.

курсовая работа , добавлен 30.01.2014


Особенности методики теплового расчета котлов типа ДКВР, не содержащих пароперегревателя. Выявление объема и состава дымовых газов. Определение расхода топлива, адиабатной температуры сгорания. Расчет чугунного экономайзера ВТИ, пучка кипятильных труб.

методичка , добавлен 06.03.2010


Параметры топочных газов, подаваемых в сушилку. Расход воздуха, скорость газов и диаметр сушилки. Высота псевдоожиженного слоя. Расчет толщины обечайки, днища. Расчет питателя, вентилятора. Способы повышения интенсивности и экономичности установки.

курсовая работа , добавлен 23.02.2016


Характеристика сырьевых материалов, используемых для производства керамзитового песка, и основные процессы, происходящие при обжиге. Пути связи влаги с материалом. Принцип создания кипящего слоя. Расчет горения природного газа и теплового баланса.

курсовая работа , добавлен 18.08.2010


Экспериментальное изучение зависимости гидравлического сопротивления слоя от фиктивной скорости газа. Определение критической скорости газа: скорости псевдоожижения и скорости свободного витания. Расчет эквивалентного диаметра частиц монодисперсного слоя.

лабораторная работа , добавлен 23.03.2015


Классификация методов переработки пластиковой тары. Принцип создания кипящего слоя. Печь псевдоожиженного слоя, ее схема. Компоновка производственной линии сортировки отходов. Изменение сопротивления слоя сыпучих материалов от скорости сушильного агента.

Работы по созданию мощных отечественных котлов с ЦКС начаты с 1987 г. и выполнены большим коллективом организаций: ВТИ, НПО ЦКТИ, СКБ ВТИ, ПО «Сибэнергомаш», КазНИИэнергетики, УПИ, МЭИ. Сжигание топлива в ЦКС благодаря низкой температуре (850 – 900 o С) обеспечивает снижение выхода оксидов азота, а при добавлении известняка происходит подавление оксидов серы.

Расход известняка составляет 3 – 6 кг на 1 т натурального топлива или на котел паропроизводительностью 500 т/час – 0,2 – 0,4 т/час.

Количество известняка может быть уменьшено для топлив с повышенным содержанием щелочноземельных соединений, например для углей Канско-Ачинского бассейна, минеральная часть которых содержит до 40 % и более соединений кальция и магния.

Воздух подается двумя вентиляторами. Вентилятор первичного дутья подает воздух через решетку в топку и в псевдогидрозатворы. Вентилятор вторичного воздуха подает воздух в топку на трех уровнях.

Котлы с ЦКС выполнены по одной схеме: топочная камера с размещением в ее верхней части поверхностей нагрева пароперегревателя, циклонов и вынесенного конвективного газохода, в котором размещены экономайзер и воздухоподогреватель.

После циклонов зола через золовой затвор возвращается в нижнюю часть топочной камеры. Твердые частицы несгоревшего топлива выносятся из топки и возвращаются через циклоны снова в слой. Горячая зола после циклона направляется во внешние охладители золы.

Первичный золоуловитель представляет собой сепаратор ударного типа, состоящий из расположенных в шахматном порядке U-образных элементов (швеллерковый сепаратор), подвешенных к крыше котла, которые образуют лабиринт на пути газа и твердых частиц (рис. 1.2). Два первых ряда золоуловителя расположены в топке перед входом в горизонтальный газоход. Уловленная в них зола возвращается в топку вдоль задней стенки. Твердые частицы, собранные другими рядами сепаратора (в горизонтальном газоходе), отправляются в бункер и возвращаются в нижнюю часть топки через четыре L-клапана

Рис.1.2. Швеллерковый сепаратор: 1 – газ и твердые частицы; 2 – твердые частицы, возвращаемые в топку; 3 – твердые частицы, возвращаемые в бункер хранения

Последние служат для управления содержанием материала в топке путем регулирования перепуска из бункера в топку. Организация двухступенчатой первичной сепарации с внутритопочным швеллерковым сепаратором уменьшает значение необходимой внешней циркуляции частиц.

Этот вид топок используется для котлов тепловой мощностью от 20 до 500 МВт. В рамках федеральной программы «Экологически чистая энергетика» разработан и реализуется проект сооружения опытно-промышленного котла с ЦКС типа Е-220-9,8-540 АФН ОАО «Белэнергомаш» для сжигания АШ на Несветай ГРЭС. Котел рассчитан на эффективное сжигание низкореакционного АШ с Q нр =4100 – 500 ккал/кг с зольностью 40 % и содержанием серы до 2 %, без подсветки мазутом во всем эксплуатационном диапазоне нагрузок, при минимальных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу (снижение выбросов серы на 90 %, a NO x – не более 300 мг/м 3).

Принципиальное преимущество котла заключается в возможности его размещения в габаритах существующей котельной ячейки без использования дорогостоящих систем азото - сероочистки.

Рис. 1.3. ГРЭС с котлами с ЦКС на АШ ухудшенного качества:

1 – комплекс по переработке золы; 2 – угольное и известняковое хозяйство; 3 – котел с ЦКС; 4 – паровая турбина; 5 – золоуловитель; 6 – генератор; 7 – дымосос; 8 – дымовая труба

Котел является прототипом для технического перевооружения многочисленных электростанций России, сжигающих низкосортные твердые топлива с малой реакционной способностью, высоким содержанием золы, влаги, серы. Очень важно, что в таком котле возможно сжигание различных топлив по виду и качеству, без существенных изменений эксплуатационных и со значительным улучшением экологических показателей.

В котле применена технология ЦКС с компактными сепараторами ударно-инерционного типа (рис. 1.2) которая успешно использована на ряде котлов фирмы «Бабкок-Вилькокс» (США).

Аналогичные котлы разработаны и для других ТЭС: ЕП-250-16,8-545 БКФН для подмосковного угля и кузнецкого угля марки «Т»; Е-170-9,8-540-ДФН для торфа (рис.1.3).

Сжигание топлив в кипящем слое

Современное развитие энергетики и обострение экологической ситуации в мире потребовали поисков и разработки более прогрессивных и экологически чистых технологий сжигания твердых топлив.

Одним из перспективных направлений, обеспечивающих экологическую чистоту использования твердых низкосортных топлив в энергоустановках будущего, следует считать их сжигание в котлах с топками кипящего слоя различных модификаций: классической, циркулирующей, аэрофонтанирующей с применением аэрофонтанных аппаратов, поскольку при этом в значительной степени снижаются выбросы SO 2 и NO x уже на стадии сжигания .

1.1. Сжигание твердых топлив в топках котлов с классическим кипящим слоем

Рис. 1.1. Схемы установок с кипящим слоем: а – классический кипящий слой: б – циркулирующий кипящий слой; в – кипящий слой под давлением; 1 – основной воздух; 2 – подача топлива; 3 – вторичный воздух; 4 – вывод золы; 5 – возврат уноса; 6 – продукты сгорания; 7 – циклон; 8 – поверхность нагрева; 9 – турбина и компрессор

На рис.1.1. приведена схема топки с классическим пузырьковым кипящим слоем. В пузырьковом кипящем слое при атмосферном давлении уголь (или другое твердое топливо) сжигается в слое твердых частиц (обычно известняк), который псевдоожижается воздухом, подающимся для горения под слой. Разогрев слоя осуществляется горячим воздухом или газами с помощью специальной газовой горелки. Котлы с кипящим слоем спроектированы так, чтобы температура слоя находилась в интервале 815–870 o С. Возможность работы при низких температурах приводит к нескольким преимуществам. Благодаря низкой температуре для связывания SO 2 можно использовать в качестве сорбента недорогие материалы, такие как известняк и доломит. Когда в слой добавляется известняк или доломит, в результате реакции между CaO и SO 2 образуется CaSO 4 . В зависимости от содержания серы в топливе и количества сорбента выбросы SO 2 могут быть сокращены на 90 % и более. Термические оксиды азота образуются при температурах свыше 1300 o С. При снижении температуры скорость реакции образования NO x сильно уменьшается. При температурах 815–870 o С количество NO x , образовавшегося в кипящем слое, значительно меньше, чем в традиционных котельных установках, работающих при более высоких температурах.

Технология сжигания в кипящем слое (КС) имеет целый ряд преимуществ по сравнению с пылеугольным сжиганием твердых топлив.

К ним следует отнести:

– простота конструкции;

– возможность сжигания низкокачественных углей;

– безопасность в экспуатации;

– отсутствие мельниц тонкого помола;

– связывание SO 2 и SO 3 ;

– подавление NO x (до 200 мг/м 3).

Вследствие интенсивного перемешивания происходит выравнивание температуры во всем кипящем слое, поэтому слой можно считать изотермическим. Поверхности нагрева, опущенные в кипящий слой, имеют очень высокий коэффициент теплоотдачи. Этому способствует разрушение граничного слоя на теплообменной поверхности, а также прямое соприкосновение частиц с теплоотводящей поверхностью.

К недостаткам этой технологии сжигания следует отнести абразивный износ поверхностей нагрева, расположенных в слое; высокие значения механического недожога, ограничение мощности котельных агрегатов, оборудованных топками с кипящим слоем до 250 т/ч. Для более мощных котлов требуются решетки больших габаритов, что создает трудности по обеспечению равномерной скорости дутья.

Идеальным топливом для котлов с кипящим слоем служат сланцы, имеющие высокую реакционную способность, высокую зольность, которая определяет большую массу материала, в связи с чем стабилизируется температура сжигания, происходит быстрая сушка топлива и хорошее выгорание.

При использовании низкозольных канско-ачинских углей требуется большая добавка инертного материала. Сжигание углей с высоким содержанием солей щелочных металлов очень выгодно использовать в топках с кипящим слоем, когда практически не происходит испарения солей. Отсюда появляется возможность вовлечения так называемых «соленых» углей в энергетику.

Примером тому служит промышленный опыт внедрения кипящего слоя для сжигания шлакующих «соленых» углей в США.

В 1986 г. фирма «Бабкок-Вилькокс» переоборудовала котел с механической топкой на ТЭС Монтана-Дакота в установку с пузырьковым кипящим слоем. Этот котел был первоначально спроектирован на производительность 81,9 кг/с (295 т/ч) пара при давлении 9 МПа и температуре 510 o С для сжигания бурого угля месторождения Белах.

Однако высокое содержание соединений натрия в летучей золе приводило к сильному шлакованию топки и загрязнению пароперегревателя. До реконструкции с устройством кипящего слоя мощность была ограничена 50 МВт при расчетной 72 МВт. Для того чтобы избежать шлакования и загрязнения и поверхностей нагрева и обеспечить работу на полную мощность, был использован кипящий слой. Новая установка с кипящим слоем сечением 12,2 х 7,9 м была вмонтирована в старый котел с минимальными изменениями работающих под давлением поверхностей экранов. Воздухораспределительная решетка и окружающие ее стенки охлаждались водой. Пароперегреватель и испаритель размещались в слое для обеспечения необходимой паропроизводительности и перегрева пара и ограничения температуры слоя на уровне 815 o С. Скорость газов в слое составляла 3,7 м/с, а глубина слоя в рабочем состоянии – 1,37 м. Для включения и запуска установки подвод воздуха осуществлялся через восемь секций. Поскольку бурый уголь месторождения Белах – высокореакционное топливо, возврат летучей золы не предусматривался. С учетом низкого содержания серы и высокого содержания щелочных компонентов в топливе в качестве материала слоя был использован песок. Котел был пущен в эксплуатацию в мае 1987 г. Сейчас этот блок несет нагрузку 80 МВт при отсутствии шлакования и загрязнения поверхностей. Измеренные концентрации NO x составляли 0,14 г/МДж.