Описание схемы работы парогенератора барабанного типа

На рис.1 в качестве топлива используется твердое топливо. Через горелку 11 в топку 13 подаётся угольная пыль и воздух, необходимый для горения. Продукты сгорания топлива, т.е. дымовые газы, из топки поступают в верхний горизонтальный газоход, в котором находится пароперегреватель – 20. Далее дымовые газы попадают в опускной вертикальный газоход, в котором находятся водяной экономайзер 22 и воздухоподогреватель 23. В топке П/Г 13 расположены основные парообразовательные элементы : экранные трубы 16, которые представляют собой вертикальные трубы с диаметром 60 – 80 мм, размещенные вплотную друг к другу в 1 ряд у внутренних стенок топочной камеры. Эти экранные трубы 16 интенсивно обогреваются факелом горящего топлива, вода в них начинает кипеть и пароводяная смесь за счет S_движ начинает подниматься вверх в барабан П/Г. Барабан П/Г 12 – это толстостенный горизонтальный металлический цилиндр, покрытый снаружи тепловой изоляцией; он не обогревается; предназначен для отделения пара от воды. Пар из барабана поступает в пароперегреватель 20, который расположен в горизонтальном газоходе. Из пароперегревателя пар подается к турбине. Вода из барабана по опускным трубам 18, расположенным снаружитопочной камеры, поступает в коллектор 17, расположенный в нижней части топки, из которого вновь попадает в экранные трубы. Большое количество тепла, которое образуется в топке, тратится на образование пара в экранных трубах, температура воды в этих трубах равно температуре кипения при заданном давлении. Вода в экранных трубах защищает стенки топочной камеры от воздействия высоких температур. В нижней части топочной камеры находится холодная воронка 14, температура газов ниже, и поэтому в холодной воронке происходит гранулирование золы в твердом виде. Далее зола удаляется из П/Г в систему золошлакоудаления 15. Основной вид теплообмена в топочной камере – излучение, которое идет от светящего факела. В газоходах П/Г тепло передается конвекцией, при этом в горизонтальном газоходе температура газов снижается от 1200 ^оC до 600 ^оC. Тепло от продуктов сгорания в горизонтальном газоходе идет на перегрев пара пароперегревателем 20. В выпускном вертикальном газоходе температура продуктов сгорания снижается от 600 ^оC до 130 ^оC. В выпускном вертикальном газоходе тепло продуктов сгорания передается водяному экономайзеру 22, в котором вода нагревается до температуры, близкой или равной температуре кипения. Из экономайзера вода поступает в барабан 12. В выпускных вертикальных газоходах тепло продуктов сгорания передается и воздуху воздухоподогревателя 23. Нагретый воздух из воздухоподогревателя разделяется на первичный и вторичный воздух. Первичный воздух используется для сушки топлива, который поступает в мельницу 4 , для транспортировки пыл, для процесса сжигания топлива в топке. Вторичный воздух направляется в горелку 11. Воздух в воздухоподогреватель поступает из верхней части котельного помещения по воздуховоду 25 с помощью дутевого вентилятора 24. Дымовые газы после воздухоподогревателя 23 просасываются дымососом 27 через золоуловитель 26 и выбрасываются в дымовую трубу 28 и далее в атмосферу.

Перед поступлением в горелки твердое топливо подвергается переработке. Из него удаляются посторонние предметы, топливо дробится в дробилках до размеров 15 – 25 мм. И в таком виде транспортируется по транспортеру 1, с которым эти куски твердого топлива поступают в бункер сырого угля 2. Затем по трубе топливо проходит через питатель 3 в мельницу 4, топливо подсушивается первичным воздухом (250 - 400 ^оC). Из мельницы пыль поступает в сепаратор 5, где от нее отделяются крупные частицы, которые опять поступают в мельницу. Пылевоздушная смесь поступает в циклон 6, где идет отделение воздуха от пыли. Из циклона пыль при помощи шнекового питателя 7 подается в пылевой бункер 8, откуда через питатель 9 направляется к горелкам 11. Первичный воздух (40 - 50% от общего количества) подается к горелкам мельничным вентилятором 10. Этот воздух транспортирует пылевидное топливо.

Обозначения к прямоточному П/Г:

1. ленточный транспортер

2. бункер сырого угля

3. мельница

4. подача первичного воздуха

5. подача смеси углевой пыли и воздуха

6. горелки

7. топка

8. подача вторичного воздуха

9. НРЧ (нижняя радиационная часть)

10. СРЧ (средняя радиационная часть)

11. ВРЧ (верхняя радиационная часть)

12. радиационный пароперегреватель

9 – 12 : экранные трубы

13. конвективный пароперегреватель

14. подача перегретого пара к паровой турбине

15. забор воздуха

16. вторичный пароперегреватель

17. водяной экономайзер не кипящеготипа

18. воздуховод

19. подача воды в экономайзер

20. дутевой вентилятор

21. воздухоподогреватель

22. золоуловитель

23. дымосос

24. дымовая труба

25. система удаления шлака и золы

Описание схемы работы парогенератора прямоточного типа

На за критических параметрах пара применяются только прямоточные П/Г. В прямоточных П/Г рабочее тело (вода – пар) движется с помощью насоса, причем кратность циркуляции равна единицы. Вода проходит систему экранных труб однократно. В прямоточных П/Г нет барабана и нет замкнутого контура циркуляции. Прямоточные П/Г не имеют такого запаса воды, как барабанные. Поэтому в прямоточных П/Г требуется более точное согласование расходов воды, топлива и воздуха в процессе эксплуатации.

Через горелку 6 в топку 7 подается смесь угольной пыли и воздуха. Угольная пыль образуется в мельнице 3, куда уголь подается из бункера сырого угля 2. В мельницу поступает первичный воздух 4 из воздухоподогревателя 21. Вторичный воздух 8 подается из воздухоподогревателя в горелку 6. Уголь проходит стадию дробления и освобождается от примесей и подается в бункер 2 по транспортеру 1. Размер кусков не более 25мм. Питательная вода подается в экономайзер 17 по линии 19 после ее подогрева в регенеративном подогревателе питательной воды, за счет отбора пара из трубы. Подача воды в экономайзер и продвижении ее по всем трубам П/Г происходит в следствии работы питательного насоса , который на рис.2 не показан, но в схеме электростанции устанавливается перед ПДВ (после деаэратора). Движущий напор, созданный питательным насосом в несколько раз больше движущей силы естественной циркуляции, поэтому сопротивление труб движению в них воды не играет такой роли как в барабанных П/Г с естественной циркуляцией. Расположение труб на стенах топочной камеры необязательно вертикально. У прямоточных П/Г диаметр экранных труб близок к 40 мм и экраны навиваются по стенам топочной камеры (внутри) почти горизонтальной спиральной ленты, состоящей из 70 – 100 труб в один ряд.

Нет точного разграничения, где располагаются парообразующие и пароперегревательные зоны. Водяной экономайзер 17 всегда выполняется не кипящего типа, во избежание образования паровых пробок на линии от водяного экономайзера к нижнему коллектору. По мере продвижения воды по экранным трубам, вода превращается в пар. Условно высоту топок и топочных кранов (у прямоточных П/Г) подразделяются на НРЧ 9, СРЧ 10, ВРЧ 11, иногда выделяют радиационный пароперегреватель 12. Из него пар поступает в конвективный пароперегреватель 13, расположенный в горизонтальном газоходе. По линии 14 пар направляется к турбине. Продукты сгорания из горизонтального газохода (из которого они отдали тепло к пароперегревателю 13) поступают в вертикальный газоход, где отдают свое тепло, а следовательно вторичному пароперегревателю 16 для перегрева пара, который приходит из турбины после того, как проработал в части высокого давления турбины, и после перегрева до начальной температуры вновь направляется в турбину в часть среднего давления. Продукты сгорания отдают тепло воде в экономайзере 17, а затем в воздухоподогреватели для нагрева воздуха (первичного и вторичного). С температурой приблизительно равной 130 ^оC покидают П/Г , дымососом 23 просасываются через золоуловитель 22, в котором улавливается летучая зола и продукты сгорания выбрасываются в дымовую трубу 24, затем в атмосферу. Шлак из П/Г и зола из золоуловителя удаляются с помощью системы золошлакоудаления 25. Воздух забирается из верхней части котельного отделения по линии 15 и по воздуховоду 18 подается на всос дутевого вентилятора 20, откуда он подается в воздухоподогреватель.

Стандарты на парогенераторы.

Парогенераторы имеют как буквы, так и цифры в своем обозначении. В этой маркировке должны быть указаны какого типа П/Г, какая производительность П/Г, какое давление пара на выходе из П/Г.

В стандартах: температура перегретого пара; если есть промежуточный перегрев, то и его температура; температура питательной воды, которая идет в экономайзер.

Е – барабанный парогенератор с естественной циркуляцией

Е_п – барабанный парогенератор с промежуточным перегревом

П – прямоточный парогенератор

П_п – прямоточный парогенератор с промежуточным перегревом

За таким обозначением (например П_п ) следует 2 цифры:

П_п – 1650 – 255 , где цифра 1650 обозначает производительность парогенератора в т/час; а цифра 255 обозначает давление пара (в атм.) на выходе из парогенератора.

1. Классификация и состав органического топлива. Условное топливо и его теплота сгорания рабочей массы. Тепловой эквивалент.

Состав топлива:

· Углерод С. Является основным горючим элементом топлива. Он определяет Q сгорания топлива. Теплотворная способность -около 8000 ккал или примерно 34 МДж/кг. 1 Ккал соответствует 4,19 кДж ( 1 ккал = 4,19 Кдж). В твердом топливе углерода содержится примерно от 50 до 90% (то топливо, которое сжигается в парогенераторе). Чем больше углерода в твердом топливе, тем больше тепла выделяется при его сгорании, но тем труднее он воспламеняется. В жидком топливе, в мазуте, углерода содержится приблизительно 80-85%.

· Водород Н. Имеет очень высокую теплоту сгорания, примерно 30 тысяч ккал/кг (125 Мдж/кг). Но в топливе его очень мало. В антраците меньше 1%, в мазуте – приблизительно 10-13%. Чем больше водорода в топливе, тем легче воспламеняется.

· Кислород О.Не горит, но поддерживает горение, внутренний балласт топлива. В антраците кислорода примерно 1%, а в мазуте – менее 1%.

· Азот N. Не горит, горение не поддерживает, однако, выделяясь при сгорании, он забирает часть тепла на свой подогрев. Также внутренний балласт. В топливе его достаточно мало: в мазуте и антраците меньше 1 %, а вуге – 1=2%

· Сера S. Вредное составляющее топлива. Из-за присутствия серы в топливе приходится увеличивать температуру продуктов сгорания на выходе из парогенератора, чтобы сера не оседала на трубах воздухонагревателей, чтобы не образовывалась коррозия. Часть серы сгорает. S имеет теплотворную способность < 2500 ккал/кг. В бурых углях серы содержится порядка 7%, в мазуте – в пределах от 0,5 до 2% и более. Подразделяют мазуты на малосернистые( 0,5% и менее), высокосернистые (более 2%) и просто сернистые.

· Зола А. Вредное состовляющее, балласт топлива, затрудняет его горение. Представляет собой твердый остаток после полного сгорания топлива. Расплавленную золу называют шлаком. Усложняет схему тепловой электростанции, так как требуется дополнительное оборудование для улавливания летучей золы и удаления шлака и золы с территории станции на золоотвалы. Кроме того, летучая зола истирает трубки парогенератора. В углях золы может содержаться от 7% и более, в горючих сланцах очень много золы, до 70%, в жидком топливе золы нет. Имеет низкую теплотворную способность.

· Влага W содержится в топливе в двух видах: поверхностная влага (зависит от атмосферных условий, осадков и т.п) и внутренняя влага (капиллярная). Количество внутренней влаги зависит от возраста топлива – чем старше он, тех меньше влаги. Наличие влаги в топливе затрудняет эксплуатацию данного вида топлива, особенно зимой (замерзает). Кроме того, при горении водорода, который входит в состав топлива, тоже образуется влага:

2Н₂+О₂=2H₂O

4кг + 32кг=36кг

1кг + 8кг=9кг

(На один кг водорода получается 9 кг. воды)

Идет затрата тепла на нагрев и испарение не только той влаги, что присутствует в топливе, но и при сгорании водорода (9H^Р+W^Р – должны испарить). На испарение одного килограмма воды требуется примерно 2500 кДж/кг, то общее количество тепла, которое требуется для испарения влаги:

Q=2500 · (9H^Р / 100+W^Р / 100) =25(9H^Р+W^Р) =225H^Р+25W^Р [кДж/кг]

Технические характеристики топлива.

Главная техническая характеристика – теплота сгорания. Теплотой сгорания топлива называют количество теплоты (КДж/кг, Ккал/кг), которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газа.

Для твердого и жидкого топлив различают Q сгорания высшую и низшую.

Тепловые рссчеты теплотехники, в т.ч. для парогенераторов и турбин выполняют, пользуясь .

твердого и жидкого топлива можно рассчитать, пользуясь формулой Менделеева:

,

при этом содержание элементов выражено в %.

Еще формулы:

, =>

Условное топливо:

Температура сгорания различны хтоплив различна и меняется в значительных пределах, поэтому для проведения сравнительных рассчтов ЭС, работающих на различных топливах, применяется т.н. условное топливо. Условным топливом называется толиво, которое имеет

= 7000 ккал/кг ( 29330 кДж/кг, т.к. 1 ккал = 4,19 Дж)

Для определения расхода условного топлива необходимо составить тепловой баланс, в котором t сгорания, полученное в результате сгорания нормального и условного топлива – равны.

Выход летучих.

- это уменьшение массы твердого вещества после выдержки его в течении 7 минут без доступа воздуха при t° = 850°C и отнесенное к горючей массе топлива. в состав летучих входят СО, Н₂, СН₄ (метан), SO₂ и т.д.

У антрацитов выход летучих <9%, у каменных углей 10-40%, у бурых углей 45-50%, торф – 70%.

После выхода летучих остается твердый остаток, кокс. Он может быть порошкообразным, слипшимся или спекшимся. По выходу летучих и виду кокса и происходит классификация каменных углей.

Классификация каменных углей.

· По выходу летучих и виду кокса:

® марки Д – длиннопламенный

® марки Г – газовый

® марки Ж – жирный

® марки К – коксовый

® марки ОС – отощеный стакающийся

® марки СС – слабо стекающийся

· По размеру кусков, поступающих на ЭС:

® П (плита): более 100мм

® К (крупный): 50-100мм

® О (орех): 25-20мм

® М (мелкий): 12-25мм

® С (семечко): 6-13мм

® Ш (штыб): меньше 6мм

® Р (рядовой): размер неограничен (разный)

· По возрасту углей

® Антрацит – самый старый уголь

® Каменный уголь

® Бурый уголь – самый молодой из углей.

· По физическому (агрегатному) состоянию

® Твердое (уголь)

® Жидкое (мазут)

® Газообразное (природный газ)

1. Потери тепла в парогенераторе. Прямой и обратный балансы парогенератора. КПД парогенератора. Определение расхода топлива на парогенератор.

Прямой и обратный баланс парогенератора.

Общее количество тепла, которое поступает в топку парогенератора, называется тепло рабочее располагаемое , которое определяется как: . Дополнительное тепло может поступать с подогретым воздухом. Но его, как правило, очень мало, поэтому в расчетах им часто пренебрегают и Q^p_р ≈ Q^p_н.

Если рассматривать тепло располагаемое с точки зрения полезности использования этого тепла и потерь, то мы можем написать тепловой баланс парогенератора в следующем виде:

= Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q_6, где

Q₁ – полезно используемое тепло, а Q₂, Q₃, Q₄,Q₅, Q₆ –потери

Q₂ – потери с уходящими газами;

Q₃ – потери от химического недожога;

Q₄ – потери от физического недожога;

Q₅ – потери тепла в окружающую среду;

Q₆ – потери при жидком шлакоудалении (не всегда есть!)

Если разделить каждую из величин потерь на , то получим:

1 = q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆ , или 1=q₁+ q_j

Из этого теплового баланса можно определить КПД парогенератора, q₁ = η_п/г

Таком образом, КПД парогенератора равно

η_п/г = 100% - q_j (в процентах) или η_п/г = 1 - q_j (относительных единицах).

Определение КПД из обратного баланса: сумма потерь примерно 6-12%, поэтому КПД равно 88-94%.

Прямой баланс.

Из прямого баланса, как правило, определяется расход топлива на П/Г, а соответственно, на всю станцию, т.к. топливо мы больше нигде не используем.

- энтальпия воды в барабане П/Г (котла), при температуре насыщения, соответствующего давления.

Dпрод – продувка; та часть воды, которая уходит из барабана П/Г и не участвует. Уходит, чтобы поддержать солевой баланс.