Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Процесс в кипящем слое. При увеличении скорости ду­тья создаваемая потоком подъемная сила может достигнуть значения, равного силе тяжести частиц, и устойчивость ча­стиц в слое нарушается; соответствующая этому скорость дутья называется критической. С дальнейшим увеличе­нием интенсивности дутья начинается «кипение» слоя, состоящее в том, что основная масса топливных ча­стиц поднимается над решеткой и совершает возвратно-по­ступательное движение вверх и вниз; при этом происходит интенсивное перемешивание топлива с окислителем.

По сравнению с исходным (плотным) слоем при кипе­нии слой увеличивается в объеме в 1,5—2 раза. В 1 м³ ки­пящего слоя одновременно находится и реагирует около 400—600 кг топлива. Частицы топлива совершают в слое возвратно-поступательные движения до тех пор, пока их масса не уменьшится настолько, что они выносятся из слоя газовым потоком и догорают в потоке газов над слоем.

Аэродинамической характеристикой кипящего слоя яв­ляется выражение:

,

где  – действительная скорость потока в слое, м/с;  – действительная скорость потока над слоем, м/с. При этом _c <   .

На практике процессы в кипящем слое осуществляются для материалов с возможно более равномерным составом мелких частиц. Топки с кипящим слоем применяют для котлов малой и средней мощности. Широкое применение они находят также при обжиге различных серосодержащих материалов (колчедана, медной и цинковой руд и др.).

Факельный прямоточный процесс. При скорости газово­го потока в топочной камере, превышающей скорость ви­тания частиц, последние оказываются взвешенными в га­зовоздушном потоке и вместе с ним начинают перемещать­ся, сгорая в полете в пределах топочной камеры. Такой топочный процесс называют факельным. Так как время пребывания газа в топочной камере весьма ог­раничено, то для обеспечения выгорания за короткое вре­мя применяют топливо, измельченное до пылевидного со­стояния (размер пылинок – десятки микрометров).

Аэродинамической характеристикой факельного про­цесса со взвешенными в газовом потоке мельчайшими час­тицами топлива является закон Стокса

где  – диаметр частицы, м;  – динамическая вязкость газовой среды, Н∙с/м²;  – скорость потока в камере, м/с.

Закону Стокса подчиняются частицы размельченного топлива при значении числа Рейнольдса Re ≤ l.

Измельчение топлива при факельном процессе горения увеличивает площадь поверхности реагирования и облег­чает транспорт топливных частиц по топочному объему Вместе с тем относительная скорость пылинок в газовом потоке здесь ничтожно мала, что ухудшает условия горе­ния топлива.

Факельным процессом осуществляется также сжигание газообразного и жидкого топлив. Газообразное топливо по­ступает в камеру вместе с воздухом (или раздельно) че­рез специальное устройство – горелку. При прохождении через топочную камеру газовоздушная смесь сгорает. Жидкое топливо поступает в топку через форсунки в пульверизованном виде. Мельчайшие его капельки испаряются, смешиваясь в топке с воздухом, и сгорают в полете.

Вихревой (циклонный) процесс. При циклонном топоч­ном процессе транспорт частиц твердого топ­лива, как и при факельном процессе, осуществляется газо­воздушным потоком. Скорость несущего потока здесь зна­чительно больше критической.

Аэродинамической характеристикой циклонного процес­са является неравенство:

,                                                 

При циклонном процессе в отличие от факельного час­тица циркулирует по организованному обтекаемому конту­ру столько, сколько необходимо для ее сгорания, или выно­сится в камеру догорания. Циркуляция газового потока в циклонной топке сопровождается организацией на внут­ренней ее поверхности за счет центробежных сил подвиж­ного уплотненного слоя, подверженного интенсивному об­дуванию. В результате имеют место интенсивное выгора­ние частиц топлива (кокса), а также весьма эффективная сепарация жидкого шлака. В циклонной камере улавлива­ется 80—95 % золы топлива. При циклонном процессе вре­мaя пребывания и интенсивность обдувания частицы газо­воздушным потоком увеличены, поэтому здесь могут быть использованы более крупные частицы (2 – 5 мм). Приме­нение для горения более крупных частиц топлива приводит к снижению расхода энергии на его размол.

Количество одновременно горящего топлива при цик­лонном процессе в топке меньше, чем при слоевом, однако больше, чем при факельном. Это придает относительно большую устойчивость циклонному процессу по сравнению с факельным при переменном режиме работы установки.

В циклонной камере может быть осуществлено также сжигание газообразного и жидкого топлив. Газообразное топливо подается в циклонную камеру вместе с воздухом (возможна и раздельная подача) и интенсивно сгорает в циклонном потоке. Жидкое топливо через форсунки по­дается в циклонную камеру в пульверизированном виде, испаряется, перемешивается с воздухом и интенсивно вы­горает.

Для оценки возможностей и пределов интенсификации горения твердого топлива для различных процессов можно воспользоваться выражением для скорости выгорания уг­лерода, кг/(м³∙с),

,

где  – результирующая константа скорости реакции, м/с;  – концентрация окислителя, кг/м³;  – относительная поверхность топлива в единице объема топки, занятого го­рящим топливом, м²/м³.

Величина зависит от массовой концентрации топли­ва в объеме топки, кг/м³, и удельной площади поверхно­сти топлива, т.е. от степени его размола, м²/кг.

Наибольшего значения S_v достигает при слоевом про­цессе. Так, в 1 м³ слоя при крупности частиц 20 мм общая площадь поверхности топлива составляет 150 м², а в 1 м³ объема топки при факельном процессе при средней круп­ности частиц 40 мкм и концентрации топлива 20 – 40 г/м³ общая площадь поверхности топлива составляет всего 1,5 – 3 м².

Результирующая константа скорости реакции  зави­сит от температурного уровня процесса и относительной скорости потока. Для слоевого процесса, когда неподвижная частица обдувается воздухом, значение  составляет 1–2 м/с. Пределом повышения скорости горения путем увеличения интенсивности дутья для слоевого процесса яв­ляется нарушение устойчивости слоя. Для факельного про­цесса, где частицы взвешены в газовом потоке, величина  наименьшая и приближается к нулю.

К современным топочным устройствам котлов предъяв­ляется ряд требований: топочное устройство должно обе­спечить заданную тепловую мощность установки с получе­нием теплоносителя требуемых параметров; оно должно быть надежным в условиях длительной эксплуатации, без­опасным и простым в обслуживании; при работе топки сго­рание топлива должно быть по возможности более полным с минимальными потерями от химической и механической неполноты сгорания; должна иметься возможность измене­ния нагрузки котла в достаточно широком диапазоне; топ­ка должна иметь относительно небольшой расход энергии на собственные нужды; должна быть предусмотрена воз­можность применения резервного топлива.

Основными показателями топочного устройства явля­ются:

• пригодность для сжигания данного топлива;

• тепловая производительность, МВт,

;

• коэффициент избытка воздуха на выходе из топки ;

• потеря теплоты от химической неполноты сгорания , %;

• потеря теплоты от механической неполноты сгора­ния , %;

• видимая объемная плотность тепловыделения в топке , МВт/м³, характеризующая возможность сжигания в единице объема топки топлива , кг/с (или м³/с), при располагаемой теплоте , МДж/кг (или МДж/м³), с ми­нимально допустимыми значениями и :

;

• видимая плотность теплового потока зеркала горения (для слоевых топок) , МВт/м², характеризующая воз­можность сжигания на решетке площадью , м², топлива в количестве , кг/с, с теплотой сгорания , МДж/кг, при минимально допустимых значениях _н и :

;

• видимая плотность теплового потока, МВт/м², через сечение топки площадью ;

• доля золы, уносимой газами из топки, ;

• необходимое давление воздуха перед топкой , Па;

• температура дутьевого воздуха , °С.

Большинство из приводимых показателей относится к камерным топкам, некоторые характерны лишь для твер­дого топлива ( ), другие — только для слоевого его сжи­гания ( ) и т. п. До рассмотрения особенностей и опти­мальных схем сжигания различных топлив отметим, что выбор соответствующих характеристик топочного устрой­ства связан с качеством сжигаемого топлива и принятым способом его сжигания.

Каркас и обмуровка котла

 

Металлическая конструкция, оприрающаяся на бетонный фундамент и поддерживающая барабан котла и трубную систему с водой, лестницы и по- мосты, а иногда и обмуровку, представляет собой каркас котельного агрега- та. В настоящее время чаще всего применяют опорные (несущие) и обвязоч- ные каркасы.

Паровые и водогрейные котлы малой мощности обычно имеют обвязочные каркасы, служащие для укрепления об­муровки, гарнитуры и других деталей. Масса металлической части котлов через специальные стойки или рамы передается непосред­ственно на фундамент.

Котлы вертикальной ориентации большой мощности обычно имеют несущий каркас (рис. 6.1), который состоит из вертикаль­ных колонн 1, горизонтальных балок, горизонтальных ферм 5, раскосов-связей 2 и упрочненной конструкции из балок 6 пото­лочного перекрытия. Колонны крупных котлов изготовляются из сварных профильных балок большого размера. Для уменьшения удельной нагрузки на фундамент под колонны устанавливают опор­ные башмаки 3, состоящие из опорных плит 7 и ребер жесткости 8. Раскосы-связи 2фермы выполняют из профильного проката (швел­лера, двутавра), связывая их между собой (сваривая) накладками 4.

Горизонтальные фермы 5, балки и раскосы-связи 2 применяют для придания поперечной устойчивости колоннам и повышения жесткости каркаса.

Для уменьшения термических напряжений в каркасе основные несущие его элементы располагают за пределами газоходов и их обмуровки. Сочленения же оборудованных балок (например, опор­ных балок поверхностей нагрева конвективной шахты) с балками каркаса выполняются в виде скользящей опоры с одной стороны, при неподвижном креплении − с другой.

Лестницы и площадки, используемые для обслуживания и ре­монта котла, часто размещают на горизонтальных фермах или опи­раются на них. Их выполняют из сортового проката, покрывая проходные площадки просечно-вытяжным или рифленым листом.

Обмуровка котла служит для ограждения топочной камеры и газоходов от окружающей среды и для направления движения по­тока дымовых газов в пределах котельного агрегата. Она работает при достаточно высоких температурах и резком их изменении и должна обеспечивать минимальные потери теплоты в окружаю­щую среду, быть плотной, механически прочной, простой и до­ступной для ремонта.

 

 

Рис. 6.1. Каркас котла и его элементы:

а — общий вид; б — башмак; в — сочленение балок с раскосами; / — колонны; 2 — раскосы-связи; 3 — опорный башмак; 4 — накладки; 5 — горизонтальные фермы (площадки); 6 — балки потолочного перекрытия; 7— опорная плита; 8 —ребра жесткости

 

Обмуровки принято условно подразделять на тяжелые, облег­ченные и легкие, а по способам крепления — на свободно сто­ящие (на фундаментах), накаркасные (опирающиеся на каркас) и натрубные.

Внутренняя часть свободно стоящей обмуровки (рис. 6.2, а), обращенная в сторону высоких температур, выполняется из огне­упорного кирпича и называется футеровкой. Наружная часть обмуровки, называемая облицовкой, выполняется из строи­тельного кирпича.

Рис. 6.2. Обмуровка котельного агрегата:

а — свободно стоящая; б — массивная; в — облегченная накаркасная; г — щито­вая; д — натрубная; 1,2 — красный и шамотный кирпич; 3 — перевязочный ярус; 4, 6 — шамотные и фасонные шамотные кирпичи; 5 — температурный шов; 7— кронштейн; 8— металлическая обшивка; 9 — разгрузочный пояс; 10— тепло­изоляционная плита; // — хромитовая или шамотная масса.

 

Кирпичную массивную (рис. 6.2, б) обмуровку с перевязоч­ным ярусом из огнеупорного материала выполняют в котлах не­большой производительности. Для котлов производительностью 50...75 т/ч и выше применяют облегченную накаркасную обмуров­ку (рис. 6.2, в), состоящую из слоя шамотного 4 и шамотного фасонного 6 кирпичей, образующих футеровку, и слоя легковес­ной теплоизолирующей шамотной массы. Через каждые 2,5...3 м устанавливают разгрузочные кронштейны, на которые опирается обмуровка.

Щитовую (рис. 6.2, г) обмуровку выполняют в виде отдельных прямоугольных щитов, которые укреплены на каркасе котла. Щит делают многослойным из огнеупорного бетона, армированного стальной сеткой, и теплоизолирующих слоев.

Натрубная (рис. 6.2, д) обмуровка крепится непосредственно к трубам и состоит из слоя хромитовой или шамотной массы и изоляционного слоя из минераловатньщ матрацев, на которые на­несена газонепроницаемая магнезиальная обмазка.

 

 

Гарнитура котла

Для обслуживания топки и газоходов в котельном агрегате ис­пользуется следующая гарнитура: лазы, закрываемые дверцы, гляделки, взрывные клапаны, шиберы, поворотные за­слонки, обдувочные аппараты, дробеочистка.

Закрываемые дверцы, лазы в обмуровке предназначены для осмотра и производства ремонтных работ при останове котла. Для наблюдения за процессом горения топли­ва в топке и состоянием конвективных газоходов служат гляделки. Взрывные предохранительные клапаны использу­ются для защиты обмуровки от разрушения при хлопках в топке и газоходах котла и устанавливаются в верхних частях топки, по­следнего газохода агрегата, экономайзера и в своде .

Размещение, число и размеры предохранительных клапанов вы­бираются проектной организацией из расчета 250 см² площади взрывного клапана на 1 м³ объема топки или газоходов котла.

Взрывные клапаны представляют собой рамки из углового же­леза круглой или квадратной формы, закрытые листовым асбес­том толщиной 2...2,5 мм, плотно закрепленные в соответствую­щих проемах, сделанных в кладке топки и дымоходах котла. В слу­чае взрыва давлением образовавшихся газов асбестовый картон про­рывается, и газы получают выход наружу, благодаря чему давление их падает и снижается возможность опасного разрушения. В мо­мент взрыва створка клапана после разрушения картона откроет­ся, а после выхода газов наружу через газоотводящий короб под действием своего веса или специальных грузов закроется.

При работе на газообразном топливе, чтобы предотвратить скоп­ление горючих газов в топках, дымоходах и боровах котельной ус­тановки во время перерыва в работе, в них всегда должна поддер­живаться небольшая тяга; для этого в каждом отдельном борове котла к сборному борову должен быть свой шибер с отверстием в верхней части диаметром не менее 50 мм.

Обдувочные аппараты и дробеочистка предназначены для очи­стки поверхностей нагрева от золы и сажи.

 

2.2. Конструкция топочных экранов

 

Как указано выше, топочные экраны получают до 50% всего тепло­восприятия рабочей среды в котле. Они находятся в зоне наиболее высо­ких температур газов и требуют тщательного конструктивного выполнения для обеспечения надежной работы металла труб. По конструкции разли­чают экраны гладкотрубные, в которых трубы расположены вдоль стены топки с небольшим зазором 4-6 мм (рис. 2.2) и газоплотные, которые могут быть выполнены двух типов: либо из таких же гладких труб, но с вваренными между ними проставками шириной 6-12 мм (рис. 2.2,6), либо с применением специальных плавниковых труб, сваренных между со­бой (рис. 2.2, в). Экраны из таких сварных между собой панелей образуют монолитную цельносварную газоплотную конструкцию. Их называют мем­бранными.

Для образования в топке зоны устойчивого воспламенения малореак­ционных топлив, требующих высокой температуры для их интенсивного горения, экраны всех типов на соответствующих участках покрывают огне­упорной массой с закреплением ее на приваренных к трубам шипах. Такие экраны называют футерованными экранами (рис. 2.2,2, д).

 

 

Рис. 2.2. Типы экранирования топки: а — гладкотрубный экран; б — то же с ввар- ными проставками (мембранный); в — газоплотный экран из плавниковых труб; г — футерованный гладкотрубный экран; д — футерованный мембранный экран; I — тру­ба; 1' — плавниковая труба; 2 — огнеупорный бетон; 3 — тепловая изоляция; 4 — уплотнительный слой (обмазка, металлический лист); 5 — металлическая проставка; 6 — приварные шипы; 7 — огнеупорная масса

Гладкотрубные экраны применяют в паровых котлах всех систем, ра­ботающих под разрежением газового тракта. При естественной циркуляции в целях повышения надежности движения рабочей среды в трубах топочные экраны располагают почти исключительно вертикально и в отдельных слу­чаях круто наклонно. Парообразующие поверхности нагрева прямоточных котлов и котлов с многократной принудительной циркуляцией можно ори­ентировать в пространстве любым способом, выполняя топочные экраны вертикальными, горизонтальными и подъемно-опускными, поскольку здесь есть возможность организации движения пароводяной смеси со скоростью, предотвращающей нарушение гидравлических режимов.

 

Барабаны паровых котлов

Следует отметить многоцелевое на­значение барабанов паровых котлов, в частности, в них осущест­вляются следующие процессы:

• разделение пароводяной смеси, поступающей из подъемных обогреваемых труб, на пар и воду и сбор пара;

• прием питательной воды из водяного экономайзера либо не­посредственно из питательной магистрали;

• внутрикотловая обработка воды (термическое и химическое умягчение воды);

• непрерывная продувка;

• осушка пара от капелек котловой воды;

• промывка пара от растворенных в нем солей;

• защита от превышения давления пара.

Барабаны котлов изготовляют из котельной стали со штампо­ванными днищами и лазом. Внутреннюю часть объема барабана, заполненную до определенного уровня водой, называют водя­ным объемом, а заполненную паром при работе котла — паро­вым объемом. Поверхность кипящей воды в барабане, отделяю­щая водяной объем от парового, называется зеркалом испа­рения. В паровом котле горячими газами омывается только та часть барабана, которая с внутренней стороны охлаждается водой. Линия, отделяющая обогреваемую газами поверхность от необогре- ваемой, называется огневой линией.

Пароводяная смесь поступает по подъемным кипятильным тру­бам, ввальцованным в днище барабана. Из барабана вода по опуск­ным трубам подается в нижние коллекторы.

На поверхности зеркала испарения возникают выбросы, греб­ни и даже фонтаны, при этом в пар может попасть значительное количество капелек котловой воды, что снижает качество пара в результате повышения его солесодержания. Капли котловой воды испаряются, а соли, содержащиеся в них, осаждаются на внут­ренней поверхности пароперегревателя, ухудшая теплообмен, в результате которого повышается температура его стенок, что мо­жет привести к их пережогу. Соли могут также откладываться в арматуре паропроводов и привести к нарушению ее плотности.