Содержание

Задание

1. В соответствии с нормативными значениями топлива определить расход топлива на котел.

2. Определить расход топлива на котел при изменении зольности и влажности, зольность увеличивается на 2%, влажность увеличивается на 3%.

3. Определить типоразмер мельницы по расходу топлива.

4. Построить по заданным остаткам R₉₀, R₂₀₀ рассевочную кривую.

5. По заданной влажности пыли определить расход сушильного агента при нормативных значениях и при измененных.

6. Определить удельный расход электроэнергии на размол мельницы.

Исходные данные

Топливо: Боготольский уголь;

Котел: Е-500-140;

Влажность пыли W_пл = 13%;

Мельница: МВ;

Остатки на ситах: R₉₀ = 60%, R₂₀₀ = 24%;

Температуры сушильного агента: t₁ = 220 °C, t₂ = 90 °C;

Температура холодного воздуха: 30 °C;

Температура топлива: 20 °C.

Характеристики топлива [1]:

состав топлива на рабочую массу: влажность , зольность , содержание углерода , содержание кислорода , содержание водорода , содержание азота , содержание серы ;

низшая теплота сгорания МДж/кг;

зольность на сухую массу ;

влажность гигроскопическая ;

приведенные значения: влажности %∙(МДж/кг), зольности %∙(МДж/кг);

выход летучих ;

температуры плавкости золы: температура начала деформации °С, температура начала размягчения °С, температура плавления °С, температура начала шлакования °С;

состав золы на бессульфатную массу: SiO₂ = 37 %, Al₂O₃ = 13 %, TiO₂ = - %, Fe₂O₃ = 15 %, СаO = 28%, MgO = 5 %, K₂O = 1 %, Na₂O = 1 %;

объемы воздуха и продуктов сгорания при , температуре 0 °С и давлении 760 мм рт. ст. (таблица XII [1]): количество сухого воздуха 5,10 мі/кг, объем трехатомных газов 0,97 мі/кг, объем азота 4,03 мі/кг, объем водяных паров 0,78 мі/кг, объем сухих газов 5,78 мі/кг;

энтальпии 1 м³ влажного воздуха кДж/м³, трехатомных газов кДж/м³, азота кДж/м³, водяных паров кДж/м³ и 1 кг золы кДж/кг определяются по табл. XIV [1] при температуре уходящих газов 171 °С.

1. Описание котельного агрегата

Котел блочной конструкции предназначен для работы на каменном и буром угле, фрезерном торфе, номинальной производительностью по пару 75 т/ч. Давление за главной парозапорной задвижкой 3,9 МПа, температура перегрева 440 °С.

Котел с естественной циркуляцией, однобарабанный, П - образной компоновки (см. рис. 1). Основными элементами котла являются полностью экранированная топочная камера объемом 454 м³. Фронтовой и задний экраны образуют скаты «холодной воронки». На выходе из топки трубы заднего экрана разведены в четырехрядный, шахматный пучок – фестон, отделяющий топочную камеру от газохода пароперегревателя.

При сжигании каменного угля топочная камера оборудуется тремя турбулентными горелками, а при сжигании бурых углей и фрезерного торфа – двумя шахтными мельницами. Пылеугольные горелки и мельницы располагаются на фронтовой стене. На каждой стене экраны секционированы на три независимых циркуляционных контура. Экранные трубы расположены с шагом 75 мм на задней стене топки и на одной трети части боковых стен, примыкающей к задней стене. На фронтовой и остальной части боковых стен шаг экранных труб составляет 90 мм.

Пароперегреватель конвективный, вертикально-змеевикового типа, двухступенчатый, с поверхностным регулятором перегрева, включенным в рассечку между ступенями. Первая по ходу пара и газа часть пароперегревателя с поверхностью нагрева 220 м² при сжигании различных марок топлива остается неизменной. Поверхность нагрева второй ступени в зависимости от вида топлива изменяется в пределах 220-400 м². Змеевики пароперегревателя изготовлены из труб диаметром 38 х 3. Вторая ступень пароперегревателя по ширине котла состоит из трех пакетов. Пар из пароохладителя поступает в крайние противоточные секции пароперегревателя, а затем переходит в среднюю - прямоточную. Выходная часть змеевиков пароперегревателя, выполнена из низколегированной стали 12ХМ, а остальные трубы изготовлены из углеродистой стали.

В опускной шахте котла в рассечку расположены конвективные поверхности нагрева – водяной экономайзер и воздухоподогреватель, - двухступенчатая компоновка хвостовых поверхностей нагрева. В зависимости от вида сжигаемого топлива поверхности нагрева водяного экономайзера и воздухоподогревателя могут быть различными по величине. Пакеты змеевиков экономайзера выполнены из стальных труб диаметром 32 х 3 мм.

Водяной экономайзер – кипящего типа, гладкотрубный, скомпонован из двухзаходных змеевиков, расположенных в шахматном порядке с шагом S₁ = 80 мм, S₂ = 55 мм в первой ступени и S₁ = 100 мм, S₂ = 55 мм во второй ступени водяного экономайзера.

Воздухоподогреватель трубчатый, вертикального типа, изготовлен из труб диаметром 40 х 1,5 мм с шагами в первой ступени S₁/ S₂ = 70/40 мм, во второй S₁ /S₂ = 60/42 мм.

Схема испарения котла – трехступенчатая, рассчитана на питание водой с солесодержанием до 350 мг/л.

Топочные экраны разделены на отдельные контуры циркуляции, которые вместе с барабаном котла образуют циркуляционную систему.

В барабане имеется чистый отсек – первая ступень испарения и два соленых отсека второй ступени испарения, расположенные по торцам барабана. Первая и вторая ступени оборудованы внутрибарабанными циклонами. Третья ступень испарения - два выносных циклона диаметром 337 мм. Пар из циклонов поступает в чистый отсек барабана. Фронтовой и задний экраны включены в первую ступень испарения. Два контура боковых экранов и часть третьего, прилежащего к заднему экрану, включены во вторую ступень испарения. Часть труб контура бокового экрана, прилежащего к заднему экрану, включены в третью ступень испарения на выносные циклоны.

Обмуровка топки выполнена из трехслойных плит с металлическим армированием: шамотобетон толщиной 80 мм, диатомобетон толщиной 60 мм и шлаковата толщиной 120 мм. Теплоизоляционные плиты из шлаковаты в области пароперегревателя имеют толщину 160 мм. Каркас котла представляет собой пространственную раму с колоннами до пола зольного помещения.

Котлоагрегат оборудован устройством дробеочистки поверхностей нагрева водяного экономайзера и воздухоподогревателя, а также защитой от дробевого наклепа. Очистка экранов топки и пароперегревателя производится стационарными обдувочными устройствами.

Общие характеристики котлоагрегата [2] приведены в табл. 1.

Таблица 1

Общие характеристики котлоагрегата БКЗ-75-39 ФБ

Наименование характеристики

Значение

Номинальная производительность, т/ч

75

Избыточное давление пара, кгс/см²

39

Температура, °С:

перегретого пара

440

питательной воды

145

воздуха на выходе из воздухоподогревателя

317

Площадь поверхности нагрева, м²:

радиационная экранов и фестона

296

котельного пучка

62

пароперегревателя

620

водяного экономайзера

940

воздухоподогревателя

3900

Наименование характеристики

Значение

Диаметр и толщина стенок, мм:

барабана котла

1580 х 40

труб экрана и фестона

60 х 3

труб пароперегревателя

38 х 3

труб водяного экономайзера

32 х 3

труб воздухоподогревателя

40 х 1,5

Расчетное топливо

Бурые угли

Теплонапряжение объема топки, кВт/м3

130

Объем топочного пространства, м³

454

Температура уходящих газов, °С

125

Расчетный КПД, %

84

Газовое сопротивление котла, Па

1090

Габаритные размеры (в осях колонн), мм:

длина

11200

ширина

7430

высота

24540

Масса, т:

металла котла

340

обмуровки

304

общая

644

Рис. 1. Котлоагрегат БКЗ-75-39 ФБ

2. Определение расхода топлива по нормативным значениям топлива

Энтальпия уходящих газов определяется по формуле

кДж/кг,

где кДж/м³ – энтальпия газов при избытке воздуха ;

– фактический коэффициент избытка воздуха на выходе из котла;

кДж/м³ – энтальпия воздуха при избытке воздуха ;

кДж/м³ – энтальпия золы;

– доля золы, уносимой газами;

кДж/кг – энтальпия холодного воздуха.

Таблица 2

Тепловой баланс парового котла

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Результат

Тип котлоагрегата

Е-500-140

Вид сжигаемого топлива

бурый уголь Боготульского месторождения

Располагаемая теплота топлива

кДж/кг

Принимается равной низшей теплоте сгорания топлива

11810

Температура уходящих газов

t_ух

°С

принимается

171

Энтальпия

I_ух

кДж/кг

-

Температура холодного воздуха

t_хв

°С

принимается

30

Энтальпия

кДж/кг

-

201,96

Фактический коэффициент избытка воздуха на выходе из котла

Характеристика котла

1,33

Потери теплоты:

с уходящими газами

q₂

%

от хим. недожога

q₃

%

[1]

0

от мех. недожога

q₄

%

[1]

1

Потери теплоты:

в окружающую среду

q₅

%

[1]

0,4

Доля золы топлива:

в уносе

–

[1]

0,95

в шлаке

–

1 –

1 - 0,95 = 0,05

0,05

Температура шлака

t_шл

°С

при твердом шлакоудалении – 600 °С;

600

Энтальпия шлака

кДж/кг

табл. ХIV [1]

560

Потери с теплотой шлака

q₆

%

0,0159

Сумма тепловых потерь

%

q₂+q₃+q₄+q₅+q₆

14,11

КПД котла брутто

%

100-14,11 = 85,49

85,89

Паропроизводительность

Dо

т/ч

Характеристика парового котла

500

Давление перегретого пара за котлом

МПа

характеристика котла

13,8

Температура

t_о

°C

характеристика котла

560

Энтальпия

i_о

кДж/кг

табл. 3 [7]

3489,547

Температура питательной воды

t_пв

°C

Характеристика котла

230

Энтальпия

i_пв

кДж/кг

табл. 3 [7]

990,21

Теплота с продувочной водой

МДж/ч

715,089

Теплота, полезно используемая в котлоагрегате

МДж/ч

Расход топлива

полный

В

кг/ч

расчетный

В_р

кг/ч

условный

В_у

кг у.т./ч

3. Определение расхода топлива по измененным значениям топлива

Измененное значение зольности составляет , влажности - .

Измененное значение теплоты сгорания

кДж/кг.

Определим теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания при измененном составе топлива.

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания топлива при α=1 и объем трехатомных газов остаются неизменными.

Теоретические объемы продуктов сгорания при α=1:

объем водяных паров

м³/кг;

объем азота

м³/кг;

объем газов

м³/кг.

Энтальпия уходящих газов определяется по формуле

кДж/кг,

где кДж/м³ – энтальпия газов при избытке воздуха ;

– фактический коэффициент избытка воздуха на выходе из котла;

кДж/м³ – энтальпия воздуха при избытке воздуха ;

кДж/м³ – энтальпия золы;

– доля золы, уносимой газами;

кДж/кг – энтальпия холодного воздуха.

Таблица 3

Тепловой баланс парового котла

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Результат

Тип котлоагрегата

Е-500-140

Вид сжигаемого топлива

бурый уголь Боготульского месторождения

Располагаемая теплота топлива

кДж/кг

Принимается равной низшей теплоте сгорания топлива

11810

Температура уходящих газов

t_ух

°С

принимается

171

Энтальпия

I_ух

кДж/кг

-

1856,45

Температура холодного воздуха

t_хв

°С

принимается

30

Энтальпия

кДж/кг

-

201,96

Фактический коэффициент избытка воздуха на выходе из котла

Характеристика котла

1,33

Потери теплоты:

с уходящими газами

q₂

%

от хим. недожога

q₃

%

[1]

0

от мех. недожога

q₄

%

[1]

1

в окружающую среду

q₅

%

[1]

0,4

Доля золы топлива:

в уносе

–

[1]

0,95

в шлаке

–

1 –

1 - 0,95 = 0,05

0,05

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Результат

Температура шлака

tшл

°С

при твердом шлакоудалении – 600 °С;

600

Энтальпия шлака

кДж/кг

табл. ХIV [1]

560

Потери с теплотой шлака

q6

%

Сумма тепловых потерь

%

q₂+q₃+q₄+q₅+q₆

КПД котла брутто

%

100-= 85,269

85,269

Паропроизводительность

Dо

т/ч

Характеристика парового котла

500

Давление перегретого пара за котлом

МПа

характеристика котла

13,8

Температура

t_о

°C

характеристика котла

560

Энтальпия

i_о

кДж/кг

табл. 3 [7]

3489,547

Температура питательной воды

t_пв

°C

Характеристика котла

230

Энтальпия

i_пв

кДж/кг

табл. 3 [7]

990,21

Теплота с продувочной водой

МДж/ч

715,089

Теплота, полезно используемая в котлоагрегате

МДж/ч

Расход топлива

полный

В

кг/ч

расчетный

В_р

кг/ч

Рассчитываемая величина

Обозначение

Размерность

Формула или обоснование

Результат

Расход топлива

условный

В_у

кг у.т./ч

4. Определение типоразмера мельницы-вентилятора

При проектировании выбор мельниц производиться с запасом. При установке трех мельниц на котёл, при выходе из строя одной мельницы две оставшиеся должны обеспечивать 60% номинальной производительности котла при работе последнего на топливе нормального качества.

Выбираем две мельницы марки М-В 2700/850/590.

Таблица 4

Наименование

Размерность

МВ2700/850/590

Диаметр ротора

мм

2700

Номинальная скорость вращения

об/мин

590

Окружная скорость ротора

м/сек

83,5

Рабочая ширина лопаток

мм

850

Отношение ширины лопаток к диаметру ротора

-

0,32

Высота лопаток

мм

300

Количество лопаток

шт.

12

Минимальное расстояние между осями соседних мельниц при перпендикулярном их расположении к фронту

мм

-

Вес мельницы без электрооборудования

т

68,3

Маховый момент ротора

кгм²

44700

Мощность электродвигателя

квт

800

Производительность сушильного агента за мельницей

тыс.м³/ч

153

Коэффициент расхода

-

0,089

Напор для преодоления внешней сети на незапылённом потоке (при t=135 ^оС)

мм вод. ст.

261

Производительность

т/ч

44,0

5. Построение рассевочной кривой

Остатки на ситах определяются по формуле

,

где - коэффициент, характеризующий однородность угольных частиц;

- коэффициент, характеризующий размер фракции;

- размер фракции.

Определим значения коэффициентов при остатках на ситах и .

.

.

Таким образом, формула для определения остатка на сите определенного размера примет вид

.

79,4187%

60%

55,47857%

22%

7,363211%

2,124832%

0,545924%

0,126867%

0,026969%

0,005289%

0,000963%

0,000164%

Рассевочная кривая приведена на рис. 3.

Рис. 3. Рассевочная кривая

6. Определение расхода сушильного агента при нормативных и измененных значениях топлива

При нормативных значениях.

Тепловой баланс пылеприготовительной установки составляется на 1 кг сырого топлива.

Граничными сечениями для составления теплового баланса и расчета количества сушильного агента являются в начале установки: по топливу — течка сырого угля; по сушильному агенту — сечение трубопровода, подводящего агент к мельнице; в конце установки для систем, имеющих мельничные вентиляторы, — вентилятор; при работе установки под наддувом при отсутствии мельничного вентилятора — сечение за сепаратором.

Начальные значения величин обозначаются индексом 1, а конечные — индексом 2.

Выбор расчетных параметров, входящих в тепловой баланс, производится из условия получения необходимой подсушки топлива. Факторами, определяющими выбор расчетных параметров, являются:

1) надежность установки по условиям взрывобезопасности и работы подшипников мельницы и вентилятора;

2) допустимая относительная влажность отработавшего сушильного агента, при которой отсутствует конденсация водяных паров в пылепроводах, а также обеспечивается нормальная транспортировка пыли в схемах с пылевым бункером;

3) соответствие между равновесной влажностью топлива, относительной влажностью сушильного агента и его температурой;

4) рекомендуемые скорости сушильного агента в отдельных элементах мельничной установки;

5) рекомендуемые количества первичного воздуха.

Для определения расхода сушильного агента определим значения приходных и расходных статей теплового баланса и выразим из уравнения теплового баланса пылеприготовительной установки расход сушильного агента.

Уравнение теплового баланса пылеприготовительной установки имеет вид

.

Статьи теплового баланса:

Приходные статьи:

1. Физическая теплота сушильного агента

,

где - количество сушильного агента на 1 кг сырого топлива, подаваемого к входному сечению пылесистемы; ккал/(кг∙°С) - теплоемкость сушильного агента перед системой; - начальная температура сушильного агента.

2. Теплота, выделяющаяся в результате работы мелющих органов

ккал/кг,

где - коэффициент, учитывающий долю энергии, превращаемой в теплоту в процессе размола; - удельный расход энергии на размол топлива, принимаем 8,8кВт ч/т – принимается из таблицы.

3. Физическая теплота присосанного холодного воздуха

,

где - коэффициент, учитывающий присос холодного воздуха; - теплоемкость холодного воздуха; - температура холодного воздуха.

Расходные статьи:

1. Теплота, затрачиваемая на испарение влаги

ккал/кг,

где кг/кг – количество влаги, испаренной из 1 кг сырого топлива; - влажность пыли; - температура сушильного агента на выходе из установки; - температура топлива.

2. Теплота, уносимая с уходящим из установки сушильным агентом

,

где ккал/(кг∙°С) - теплоемкость сушильного агента, покидающего установку.

3. Теплота, затрачиваемая на подогрев топлива

ккал/кг,

где ккал/(кг∙°С) - теплоемкость сухой массы топлива;

4. Потери теплоты в окружающую среду

ккал/кг,

где тыс. ккал/ч - потери теплоты в окружающую среду; т/ч - расчетная производительность пылесистемы по сырому топливу.

Подставляя полученные значения в уравнение теплового баланса пылеприготовительной установки, определим количество сушильного агента на 1 кг сырого топлива

кг/кг.

Плотность воздуха при температуре 220 °С

м^3/кг.

Расход сушильного агента при нормативных значениях топлива составляет

7. Определение удельного расхода электроэнергии на размол топлива

Удельный расход электроэнергии на размол и пневмотранспорт:

где N_тл – мощность, потребляемая М-В на размол и пневмотранспорт,

В_р =44т/ч – расчётная производительность мельницы.

Объёмное количество влажного сушильного агента в конце установки:

где γ_0в =1,285кг/нм³ – удельный вес влажного воздуха, при влагосодержании d_{вл в} =10г/кг.

Производительность М-В по газовоздушной смеси находиться по формуле:

где V_вл.в –объёмное количество влажного сушильного агента в конце установки.

Мощность потребляемая М-В на незапылённом потоке:

где η=0,32 – к.п.д. М-В, принимается из рис. 4.16, η= 0,92 – к.п.д. электродвигателя, V_м-в – производительность мельницы по газовоздушной смеси, H_{в1 полн.} – полный напор, развиваемый вентилятором на незапылённом воздухе.

Полный напор, развиваемый вентилятором на незапылённом потоке:

где ψ = 0,45 – коэффициент напора, определяется по рис. 4.16, γ=1/ρ_В=1/0,972=1,029кг/м³ – удельный вес сушильного агента в конце установки при t = 90 ^оС, u=83,5 м/сек – окружная скорость ротора, из табл. 5.

Мощность, потребляемая М-В на размол и пневмотранспорт :

где N_в – мощность потребляемая М-В на незапылённом потоке, μ’_се – концентрация топлива перед сепаратором с учётом кратности циркуляции.

Концентрация топлива перед сепаратором с учётом кратности циркуляции:

Где К_ц =4 – кратность циркуляции.

Заключение

В курсовом проекте определен расход Ирша-Бородинского угля на котел Е-320-140 при нормативных и измененных показателях топлива, определен типоразмер мельницы, построена рассевочная кривая и определен расход сушильного агента при нормативных и измененных показателях топлива. При увеличении зольности и влажности топлива возрастают потери теплоты, расход топлива и расход сушильного агента, снижается удельный расход энергии на размол топлива.

котельная установка топливо