Теплотехнические испытания котлоагрегатов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Теоретические аспекты теплотехнических испытаний котлоагрегатов

1.1 Цели и задачи испытаний

Теплотехнические испытания котлов делят на три категории сложности в зависимости от их назначения:

К I категории сложности относят приемосдаточные испытания, при которых проверяют характеристики котла, гарантируемые заводом-поставщиком.

Ко II категории сложности относят эксплуатационные (балансовые) испытания котлов: вновь вводимых в эксплуатацию; капитально отремонтированных или реконструированных; переводимых на газовое топливо; эксплуатируемых при систематическом отклонении параметров от нормативных.

К III категории сложности относят режимно-наладочные и доводочные испытания котлов (в том числе после их капитального ремонта), проводимые с целью наладки режима их работы. Испытания, проводимые по II и III категориям сложности, различаются числом опытов и точностью измеряемых контролируемых параметров,

В задачи балансовых испытаний входит определение: отдельных составляющих теплового баланса; причин превышения потерь теплоты над расчетными значениями (и разработка рекомендаций по их уменьшению); характеристик газового и воздушного трактов; экономических показателей работы котла при номинальной, минимальной и двух-трех промежуточных производительностях; основных составляющих расходов теплоты на собственные нужды; прогрессивных норм удельных расходов топлива; оптимальных режимов работы оборудования.

В задачи режимно-наладочных испытаний входит определение: оптимального режима горения; оптимальных значений коэффициента избытка воздуха и подачи первичного и вторичного воздуха; распределение газа и воздуха по горелкам; минимально устойчивых и максимально возможных нагрузок котла; основных потерь теплоты при различных нагрузках; составление режимных карт работы котлов; выдача рекомендаций по улучшению работы котельной.

Режимно-наладочные испытания, а также балансовые испытания в котельных, если к ним не предъявляются повышенные требования, проводят по III категории точности, при которых допускаются отклонения кпд до ± 2-3,5%.

Режимно-наладочные работы должны проводиться не реже 1 раза в 3 года. При стабильной работе котлов в соответствии с режимными картами сроки планового проведения работ могут быть продлены по согласованию с местным органом госгазнадзора.

Внеплановые режимно-наладочные работы производятся: после капитального ремонта; после внесения конструктивных измерений, влияющих на эффективность использования газа; при систематических отклонениях работы котла от требований режимных карт; при изменении вида и характеристик топлива.

Состав бригады комплектуют в зависимости от сложности и особенностей компоновки испытываемого оборудования. Руководство работами поручают наиболее квалифицированному работнику, допущенному к этой работе приказом. Число наблюдателей определяют исходя из наличия приборов, их взаимного расположения и периодичности записей. Один наблюдатель должен снимать показания не более трех-пяти приборов, размещенных на одном щите или в одном помещении. Записи расхода пара, питательной воды и газа следует производить через каждые 2 мин, температуры и давления пара, температуры воды - через 5 мин, остальных параметров - через 10 мин. Снятие показаний во время опыта все наблюдатели должны начинать одновременно и вести их в определенной последовательности.

Каждый прибор типа ГХП обслуживает отдельный лаборант, а на хроматографическом газоанализаторе (включая отбор проб газа) должен работать специально подготовленный техник. Наблюдателям во время испытаний нельзя поручать каких-либо дополнительных обязанностей.

Определение пределов устойчивой работы горелок, если на котле установлено несколько горелок, должна выполнять бригада в составе трех человек, не считая наблюдателей, из которых двое заняты регулированием испытываемой горелки и наблюдением за ее работой, а третий следит за работой остальных горелок.

Руководитель испытаний освобождается от наблюдения за приборами и должен в период испытаний руководить работой лаборантов и наблюдателей, контролировать работу котла. Он ведет журнал, куда вносит сведения, об установленных режимах, производимых переключениях, а также данные наблюдений за работой горелок, топки, вспомогательного оборудования.

Все виды испытаний включают в качестве необходимых этапов: ознакомление с технической документацией и компоновкой оборудования, данными эксплуатации, наружный и внутренний осмотр установки для выявления дефектов монтажа и эксплуатации, разработку перечня и проведение подготовительных работ и подготовку средств измерений; составление бланков и ведомостей наблюдений; тренировку наблюдателей проведением серии измерений для достижения правильности и необходимой частоты записей.

До начала испытаний руководитель составляет программу, включающую перечень и сроки проведения экспериментальных режимов и требования в части соблюдения параметров испытываемого оборудования. Программа должна быть согласована с ответственным за газовое хозяйство, местным органом госгазнадзора и утверждена главным инженером заказчика.

При выборе времени проведения работ учитывают возможность обеспечения желаемого диапазона регулирования производительности испытываемого котла и надежности паро- и теплоснабжения потребителей.

На основании утвержденной программы персонал котельной по указанию руководителя испытаний устанавливает необходимый режим работы котла.

Заказчик может сопоставить фактическую численность наладочной бригады и ее квалификацию с численным составом, необходимым для качественного проведения измерений и потребовать в необходимых случаях от руководства наладочной организации доукомплектации бригады. В процессе проведения работ заказчик должен знакомиться с соответствием утвержденной местным органом госгазнадзора методике объема и порядка проведения опытов, качества и полноты режимных карт, содержания отчета.

Обследование котельной. Для определения фактического состояния оборудования, соответствия его проектным данным, выявления дефектов проекта и монтажа, которые должны быть устранены, до начала испытаний проводят обследование котельной. Обследование включает; внешний и внутренний осмотр топок и газоходов, осмотр газовых горелок; осмотр и проверку действия запорных и регулирующих органов; проверку комплектности и состояния средств измерений и схем автоматического регулирования; осмотр тягодутьевых машин и вспомогательного оборудования. При обследовании выявляют характеристики оборудования по данным технической документации или прямым обмером, соответствие его проектной документации и фактической теплопроизводительности котельной, целесообразность замены дефектного и морально устаревшего оборудования, соответствие мощности горелок производительности котлов.

При осмотре и обмере воздуховодов и газоходов выявляют завалы, неплотности, чрезмерные местные сопротивления. При осмотре тягодутьевых машин и электродвигателей к ним проверяют: состояние шиберов, направляющих аппаратов, запорно-регулирующих органов, плотность их закрытия и легкость хода; наличие фиксаторов положения и указателей перемещения, исправность дистанционного управления; правильность расположения направляющих лопаток по отношению к выходному патрубку; уплотнение зазора между валом и кожухом; прочность крепления подшипников и наличие тавотниц для их смазки, поступление воды на охлаждение подшипников дымососов; правильность установки ограждений валов и муфт; наличие заземления электродвигателей; наличие штуцеров для измерения давления перед машиной и за ней.

Очень важными для нормальной работы тягодутьевых машин операциями являются выверка и центровка вала и балансировка ротора. Работы эти должны выполняться соответствующими специалистами с большой тщательностью и требуют определенного опыта исполнителей. Для уменьшения шума при работе машин должны быть предусмотрены компенсаторы или гибкие переходы от воздуховодов к вентиляторам, резиновые подкладки под машину и электродвигатель и др.

Особое внимание уделяют мерам по обеспечению плотности закрытия шиберов на существующих обводных газоходах экономайзеров, дымососов, на воздуховодах и газоходах котлов при групповых компоновках тягодутьевых машин. Выявляют неплотности топки и газоходов, причинами которых могут явиться эксплуатационные упущения, дефекты заводского изготовления оборудования и монтажа.

Неплотности в обмуровке работающего или отключенного (предварительно хорошо провентилированного) котла можно определить по отклонению горящего факела. При проверке создают повышенное разрежение в газоходах. Затем подносят горящий факел к различным частям обмуровки и наблюдают за его положением. При наличии неплотности факел отклоняется в направлении места присоса.

Если на котле установлен дутьевой вентилятор, неплотности выявляют путем подачи воздуха в горелки при закрытом шибере за котлом. Места неплотности определяют по шуму выходящего воздуха, с помощью мыльной эмульсии или по белым полосам, которые обозначат неплотности, если в вентилятор забросить мел.

Во время осмотра топки обращают внимание на целостность кладки внутренних стенок, наличие перегородок, защитных обмазок и стенок, состояние устройств стабилизации пламени, температурных швов, теплоизолирующего покрытия барабана, качества уплотнения лаза.

Проверяют целостность котельных поверхностей, барабанов, наличие загрязнений на поверхностях. Целью осмотра и обмера горелок является сопоставление действительных размеров с проектными и паспортными данными. При этом производят проверку газовыходных отверстий (диаметр, число, ориентация) и элементов воздухонаправляющего аппарата, измеряют туннели горелок (диаметр, длина, угол раскрытия), выявляют неплотности в кладке туннелей, трещины, шероховатости. Осматривают передвижные механизмы горелок (поворотные лопатки, языковые шиберы) для определения легкости перемещения и наличия указателей перемещения. Проточная часть горелок не должна иметь обгоревших и покоробленных деталей, загрязнения должны отсутствовать. В случаях, когда отклонение числа Воббе применяемого газа от расчетного превышает допускаемые значения или имеются ограничения в производительности котла, следует обратиться в местный орган госгазнадзора для определения другого типоразмера или марки горелки и получить технические условия на ее установку. По результатам обследования руководитель группы наладчиков совместно с представителем заказчика составляет ведомость дефектов, в которой указаны: выявленные дефекты, меры по их ликвидации, ответственный за работы и сроки их выполнения.

Эксплуатационный персонал котельной при подготовке к теплотехническим испытаниям с целью ускорения и повышения эффективности работ обязан выявить и устранить наиболее часто встречающиеся эксплуатационные дефекты, основными из которых являются:

- открытые патрубки для присоединения средств измерений;

- неплотное вследствие деформации или отсутствия уплотнительных прокладок прилегание гарнитуры;

- неудовлетворительное состояние и неплотное закрытие шиберов и заслонок; большие зазоры в местах прохода вала через кожух дымососа;

- неплотности взрывных клапанов, отсутствие или недостаточный слой песка в песочных затворах;

- трещины в обмуровке котла и водяного экономайзера, оплавление огнеупорных защитных стенок, обрушение обмазки барабанов; неудовлетворительное уплотнение мест прохода коллекторов, барабанов, труб, металлических коробов через обмуровку;

- низкое качество тепловой изоляции, изготовления и монтажа лазов, лючков, гляделок;

- нарушение плотности прокладок между фланцами металлических коробов, экономайзерных труб;

Рисунок 1 - Схема расположения точек измерения контролируемых параметров: Г - газовая горелка; Т - топка; ПП - пароперегреватель; ВЭ - экономаи-вер; ВП - воздухоподогреватель; ПН - питательный насос; ДВ - дутьевой вентилятор; Д - дымосос; - расход», 2 - температура; 3 - давление; 4 - разрежение; 5 - состав газового топлива; 6 - состав отходящих газов

Объем и организация измерений. Измерения, проводимые при теплотехнических испытаниях котлов, должны быть достаточны для определения следующих показателей: максимальной и минимальной производительности котла в его вспомогательного оборудования; расходных характеристик горелок в диапазоне регулирования их тепловой мощности; оптимальных коэффициентов избытка воздуха; потерь теплоты и кпд; потерь давления в газовоздушных трактах и показателей работы тягодутьевых машин.

Средства измерений должны быть снабжены необходимыми грэдуировочными данными, а подлежащие периодической поверке должны иметь соответствующие клейма. Ответственность за подбор и готовность средств измерений возлагается на руководителя испытаний на объекте.

Независимо от того, предназначены ли средства измерений для постоянной эксплуатации или они применяются во время проведения испытаний, необходимо соблюдать условия их установки, правила выполнения измерений и контроля показаний, изложенные в инструкциях по использованию соответствующих средств измерений.

Выбирая место расположения первичных преобразователей (датчиков) и измерительных приборов, следует учитывать доступность и удобство пользования ими. Наиболее желательным является выполнение измерений с дистанционной передачей показаний.

В период проведения испытаний возрастает вероятность утечек газа в связи с временной установкой дополнительных средств измерений. Утечки могут явиться следствием недостаточной внимательности, например, к жидкостным манометрам. Резкие повышения давления могут привести к выбросу рабочей жидкости и свободному выходу газа через прибор. Утечки могут возникнуть через неплотности резиновых соединительных трубок, в местах отбора проб газа и т.п.

Длительность опыта зависит от его назначения. Проведение балансовых опытов следует начинать через 1,5-2 ч после установления стабильного режима. При этом число наблюдений величин, необходимых для составления теплового баланса котла, при указанной выше частоте записей составляет не менее 10, что считается достаточным для получения представительных данных. Показания приборов записывают в журналы наблюдений, которые выдают каждому наблюдателю. Форма журнала зависит от числа и вида наблюдаемых параметров.

Стабилизация режима работы котла в период проведения опыта обеспечивается подачей в топку определенного количества топлива и воздуха при постоянстве параметров питательной воды или пара на выходе из котла.

В качестве определяющих параметров стабилизации топочного режима при постоянстве числа работающих горелок, их настройки и состава газа служат значения давлений газа и воздуха (степень открытия воздушно-регулировочных устройств) перед горелками, а также разрежения в топке. Использование паромера для контроля режима работы нежелательно в связи с инерционностью его показаний и возможными колебаниями давления пара.

Длительность переходного режима зависит от ряда факторов, из которых основными являются: конструкция котла, эксплуатационное состояние оборудования, первоначальная производительность и размер сброса или подъема производительности. Длительность переходного режима целесообразно устанавливать экспериментально, причем начало нового режима характеризуется стабилизацией температуры отходящих газов за последней теплообмен ной поверхностью котла.

Поскольку инерционность протекающих процессов при перестройке режима работы котла различна, то выполнение измерений для составления теплового баланса (балансовых опытов) в переходный период недопустимо. Периоды стабилизации, мин (примерно): состав отходящих газов - 1; температура отходящих газов при изменении б на 5% - 15, при изменении производительности на 25% - 30 (за паровым котлом) и 60 за (водогрейным).

Продолжительность режимно-наладочных (прикидочных) опытов связана со стабилизацией только проверяемого параметра и может быть принята равной 30-45 мин. Продолжительность опытов, проводимых на стабильной нагрузке для определения оптимального коэффициента избытка воздуха в отходящих газах, при использовании прибора для определения химической неполноты сгорания, соответствует затратам времени на выполнение двух-трех анализов проб отходящих газов.

1.2 Проведение испытаний

Испытания проводят в определенной последовательности: сначала выполняют тарировку сечений газоходов и воздуховодов для правильной установки измерительных устройств, затем получают «фотографию» работы котла, определяют присосы воздуха в газоходы и топку, проводят прикидочные опыты для определения оптимального избытка воздуха, испытания горелок, водяных экономайзеров и тягодутьевых машин, балансовые опыты (при оптимальных режимных условиях). При эксплуатационных испытаниях некоторые из поставленных задач решают комплексно, что удешевляет и упрощает экспериментальную часть работ, но увеличивает число одновременно организуемых- измерений.

Рисунок 2. Разбивка круглого (а) и прямоугольного (б) сечений канала на равновеликие площади

Тарировка сечений газоходов и воздуховодов. Поля температур, скоростей и состава газов в данном сечении газохода (воздуховода) являются, как правило, неоднородными. Степень неоднородности зависит от различных условий и не может быть установлена расчетным путем. Пренебрежение указанной особенностью полей недопустимо, так как данные измерений в случайных точках могут оказаться непредставительными и привести к значительным погрешностям. Для их уменьшения места размещения термопар, газоотборных и пневмометрических трубок следует выбирать на максимально возможном удалении от местных сопротивлений, в зонах отсутствия присосов воздуха и активного теплообмена. Оценку неоднородности поля в различных сечениях газоходов (воздуховодов) для выбора наиболее оптимального из них производят тарировкой нескольких сечений. Сечения газоходов за дымососами в связи с хорошим перемешиванием потока в направляющих аппаратах и улитках не тарируют.

Каналы круглого сечения с внутренним радиусом R разбивают на ряд концентрических колец (рис. 2). Измерения при этом производят в каждом из колец в четырех точках на окружности, делящей кольцо на две равновеликие части. Расстояние от точки в каждом кольце до центра канала

где п - порядковый номер кольца от центра; а - число колец; для каналов диаметром 150-300 мм о рекомендуется принимать равным 3-5, а диаметром 350-1000 мм - 6-16.

Сечения в прямоугольных каналах разбивают на равнопели-кие участки посредством нанесения сетки взаимно перпендикулярных прямых. Для каналов площадью сечения до 0,35 м² принимают не менее 16 площадок, а при большей площади сечения число площадок выбирают таким, чтобы каждая из них была с длиной стороны не более 150-200 мм. При обработке данных тарировки значение измеряемой величины для канала (х) рассчитывают как среднее арифметическое из значений, измеренных передвижным датчиком в центрах равновеликих участков прямоугольного сечения или в четырех точках на кольцевых площадках круглого сечения.

Рисунок 3. Интегральные трубки для измерения динамического давления среды в круглом сечении: а - устройство трубки; б - схема установки трубок

Полученный результат сравнивают со значением указанной величины в контрольной точке сечения (х), измеренной стационарным датчиком, установленным в контрольной точке. Этим же датчиком систематически контролируют постоянство режима. Режим считается стационарным, если колебания значений измеряемой величины в контрольной точке (на пересечении осей симметрии сечения) не выходят за пределы погрешности измерения.

Поправочный коэффициент (коэффициент поля) к показаниям в контроль - ной точке k - х/х. Среднее значение величины в рассматриваемом сечении с учетом коэффициента поля рассчитывают как х = kx_K, где х_к - значение величины в контрольной точке в период последующих измерений. Для подтверждения постоянства поправочных коэффициентов в исследуемом диапазоне производительности следует производить тарировку поля при наибольшей и наименьшей производительности оборудования. Поле концентрации считается однородным, если коэффициент поля равен 1 ± 0,05, а поля температуры и скорости 1±0,1.

Рисунок 4. Водоохлаждаемая газозаборная трубка-термопара: 1 - отбор газов для анализа: 5 - отсос газа; 3 - изолирующий фланец; 4 - подача охлаждающей воды; 5 - кожух; 6 - термопара; 7 - огнеупорный защитный экран; & - отвод охлаждающей воды

В связи с большой трудоемкостью тарировки целесообразно устанавливать на воздуховодах и газоходах две стационарные интегральные трубки. Одна из трубок, имеющая один ряд отверстий, воспринимает полное давление, другая, имеющая два ряда, - статическое давление. Способ установки интегральных трубок в круглом коробе показан на рис. 3. Расстояние между трубками принимается равным 2-3 диаметрам трубки. Распределение отверстий по длине трубки производится аналогично разбивке каналов для тарировки сечений (рис. 2).

Учитывая регулярность наладочных работ и проверок эффективности сжигания газа в котлах, следует рекомендовать установку стационарных трубок с завинчивающимися колпачками для отбора проб продуктов сгорания, измерения разрежения (давления) в газоходах и лючков под пневмометрические трубки.

Для измерения температуры продуктов сгорания, превышающей 500 С, следует применять водоохлаждаемые экранированные отсосные трубки-термопары (рис. 4). Отсос газов осуществляется с помощью малогабаритного переносного эжектора (рис. 5).

Определение оптимального коэффициента избытка воздуха. Одной из задач испытаний является определение оптимального коэффициента избытка воздуха за котлом, соответствующего максимальному значению кпд брутто, при производительности 100, 75, 50 и 25% от номинальной. В каждом из этих режимов определяют не менее четырех значений к., по которым ведется контроль топочного режима: минимальный, максимальный и два промежуточных. В процессе опыта определяют исчезновение продуктов химической неполноты сгорания при наименьшем значении а_к.

Рисунок 5. Малогабаритный пароводоструйный эжектор

Как правило, для котлов, работающих на газе, оптимальный коэффициент избытка воздуха очень близок к критическому, т.е. б_опт ? б_кр. Отклонение коэффициента избытка воздуха от критического в сторону уменьшения вызывает снижение кпд, главным образом за счет химической неполноты сгорания. Если б_к больше б_кр, то кпд характеризуется размером потерь с отходящими газами q₂.

Рисунок 6. Зависимость дополнительных потерь теплоты с от - ходящими газами от коэффициента избытка воздуха и разности температур t_о.г. - t_х.н.

Рисунок 7. Номограмма для определения дополнительных затрат электроэнергии на тягодутьевые машины (в процентах от расхода газа)

При заданном давлении воздуха перед горелками в течение 20-30 мин проводят три-четыре анализа состава отходящих газов за котлом и отбирают пробы газов для определения продуктов неполного сгорания. При отсутствии в продуктах сгорания H₂, СО и CH₄ постепенно уменьшают давление воздуха перед горелками, с тем чтобы б уменьшился не более чем на 0,05. Если в первой пробе обнаруживают недожог, то постепенно увеличивают давление воздуха до полного исчезновения продуктов неполного сгорания.

На основании полученных данных определяют значения химической неполноты сгорания и соответствующих коэффициентов избытка воздуха, по которым строят зависимость q₃ = f (б) для различной производительности котла (рис 8).

По этим графикам устанавливают минимальное значенпе коэффициента избытка воздуха и минимальное значение давления воздуха перед горелками. Учитывая, что в эксплуатационных условиях возможны колебания давления и теплоты сгорания газа, давление воздуха перед горелками принимают на

5% выше во всем диапазоне регулирования, чем минимально возможное значение. При уменьшении производительности котла значение б, соответствующее исчезновению продуктов сгорания, несколько возрастает.

При проведении опытов на котлах, оборудованных инжекционными горелками, вместо давления воздуха перед горелками можно менять степень открытия воздушно-регулировочных заслонок. При наличии пропорционирующих устройств соотношения топливо-воздух их настраивают по описанной выше методике только при максимальной производительности котла.



Рисунок 8. Пример зависимости q₃ от теплопроизводителности и коэффициента избытка воздуха за котлам

Очень важным является выбор минимального значения разрежения в топке, предотвращающего появление химической неполноты сгорания. Для этой цели устанавливают максимальную производительность котла при равномерной загрузке всех работающих горелок; воздухорегулирующие заслонки горелок должны быть открыты.

При заданном давлении газа перед горелками производят ступенчатое изменение разрежения в топке (не более чем на 0,5 кгс/м²) и определяют состав отходящих газов за котлом, температуру газа и воздуха. Уменьшение или увеличение разрежения в топке производят до тех пор, пока соответственно не появятся или не исчезнут продукты неполного сгорания в отходящих газах. На основании полученных данных можно построить график зависимости q₃ = f(б), также график зависимости неполноты сгорания от разрежения в топке. Определение присосов воздуха в топке и газоходах. Значение коэффициента избытка воздуха за котлом складывается из коэффициента избытка воздуха в горелке и присосов воздуха в топку и газовый тракт. Для обеспечения экономичной работы котла необходимо сжигание газа при оптимальном значении б_г и минимальном размере присосов воздуха. На отдельных участках газового тракта присос воздуха определяют как разность коэффициентов избытка воздуха перед рассматриваемым участком (элементом) тракта и за ним. Присосы не должны быть более (Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. М.: Энергия, 1973):

Топка с металлической обшивкой 0,05

То же, без металлической обшивки 0,08

Первый котельный пучок 0,05

Второй котельный пучок 0,10

Стальной водяной экономайзер 0,08

Чугунный водяной экономайзер:

с обшивкой 0,10

без обшивки 0,20 Воздухоподогреватель трубчатый на каждую сту - 0,05 пень

Стальной газоход (на 10 м) 0,01

То же, кирпичный (на 10 м) 0,05

Присосы воздуха в топке, если на котле установлены горелки с принудительной подачей воздуха, можно определять экспресс-методом. При этом устанавливают следующие дополнительные приборы и приспособления: газоотборную трубку (в газоходе непосредственно за топкой), импульсную трубку для измерения разрежения над подом топки, пневмометрическую трубку для определения расхода воздуха.

Для котлов малой производительности расход воздуха может быть определен по гидравлическому сопротивлению участка воздуховода от выходного патрубка вентилятора до горелки. Имеющиеся на этом участке шиберы должны находиться в неизменном положении в течение всего опыта.

При больших потерях давления в горелке (например, ГМГм, ГА) постоянный расход воздуха поддерживают, исходя из перепада давления на горелке, определяемого как разность давлений воздуха перед горелкой и у пода топки. Для этой цели тягонапоромер подключают «плюсом» к импульсу давления воздуха перед горелкой (за регулирующим прибором по ходу потока) и «минусом» к импульсной трубке разрежения у пода.

Присос воздуха по экспресс-методу ОРГРЭС определяют так:

- устанавливают производительность котла в пределах 80-90% от номинальной;

- коэффициент б за топкой путем изменения подачи воздуха на горение увеличивают до 1,3 при разрежении в верхней части топки 2-3 кгс/м²;

- определяют состав отходящих газов, разрежение в верхней части топки и у пода, гидравлическое сопротивление участка воздуховода или горелки (или расхода воздуха) и давление газа перед горелкой (три-четыре наблюдения за 5-10 мин);

- регулированием разрежения в топке создают противодавление, достигающее у пода 1 -1,5 кгс/м²;

- при неизменном давлении газа перед горелкой регулированием подачи воздуха на горение гидравлическое сопротивление участка воздуховода (перепад давления на горелке, перепад давления на пневмометрической трубке) устанавливают равным отмеченному в предыдущих наблюдениях;

- производят измерения указанных показателей (три-четыре наблюдения за 5-10 мин).

После завершения измерений восстанавливают нормальный эксплуатационный режим работы котла.

Коэффициент избытка воздуха за топкой, определенный при наличии противодавления в ней, принимают равным б_г. Присос воздуха в топку определяют как разность б при рабочем разрежении и противодавлении в топке. Для топок, оборудованных инжекционными горелками среднего давления, присос воздуха в топку можно оценить по известному значению б_г. Ориентировочно при тепловой мощности горелок, близкой к номинальной, и разрежении в топке 2-3 кгс/м² значение б_г может быть принято равным 1,05.

1.3 Балансовые испытания, экспресс-метод испытаний

Балансовые испытания производят при стабилизированном режиме работы котла. Параметры работы котла (давление пара в барабане и паропроводе, температура пара, питательной или сетевой воды) должны поддерживаться на уровне проектных или допускаемых инструкциями завода-изготовителя и указаниями инспектирующих организаций. Должны быть также предусмотрены меры, предотвращающие подачу на горение воздуха при температурах, вызывающих обмерзание воздуховодов, и отвод отходящих газов при температурах, вызывающих активную конденсацию водяных паров в газоходах.

Во избежание существенного изменения состояния поверхностей нагрева, что затрудняет анализ экспериментальных данных, балансовые испытания проводят в ограниченные сроки (5-10 дней). Теплота сгорания газа, сжигаемого в период проведения серии опытов, не должна отклоняться более чем на ±3% от средней (для данного района). Опыты, проведенные при более значительных отклонениях Q_H, из рассмотрения исключаются. При сжигании газа в котлах с инжекционными горелками следует учитывать опыты, при которых колебания числа Воббе не превышали допустимых пределов. На каждой производительности в диапазоне от минимальной до максимальной следует проводить не менее четырех основных и контрольный опыты. Контрольный опыт выполняется вслед за основным с разрывом не менее суток, причем при организации контрольного опыта обязательно проводится настройка и стабилизация режима заново. Результаты основных и контрольного опытов считаются совпадающими, если значения основных показателей отличаются не более, чем рекомендовано выше, a з_б.р. p не выходит за пределы погрешности, допускаемой методикой для соответствующего класса точности. При более существенных отклонениях данные контрольного опыта анализируют для выявления причин отклонений, а опыт повторяют.

Для проведения режимно-наладочных работ в газифицированных котельных может быть рекомендован экспресс-метод, позволяющий существенно сократить общую продолжительность испытаний при обеспечении необходимого качества работ. Для испытаний по экспресс-методу составляют специальную программу, определяющую последовательность и продолжительность экспериментальных режимов. Такие испытания проводятся при наличии в котельной нескольких котлов, что позволяет соблюдать режим работы данного котла исключительно в интересах эксперимента. Экспресс-метод может быть применен для оценки качества ремонта или модернизации оборудования, выявления влияния определяющих факторов на показатели работы котла. Он позволяет проводить опыты с колебаниями измеряемых величин в пределах ±3-4%.

Экспресс-испытания проводятся в такой последовательности:

- первичное обследование котла для установления плотности топки и газоходов;

- ориентировочное определение расходной характеристики горелок по газу и воздуху;

- оценка пределов регулирования и показателей экономичности;

- устранение отмеченных при обследовании дефектов и ориентировочный расчет давления газа и воздуха перед горелками для планируемых значений производительности;

- уточнение рабочей программы и проведение опытов.

Продолжительность испытаний по экспресс-методу может не превышать 5 рабочих дней.

2. Проектно-технологический расчет теплового котлоагрегата

2.1 Расчёт объёмов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха

Описание котла.

Газомазутные вертикальные водотрубные паровые котлы типа - ДЕ предназначенные для выработки насыщенного или слабоперегретого пара. Топочная камера котлов размещается сбоку от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхних и нижних барабанах. Ширина топочной камеры по осям боковых экранных труб 1790 мм, глубина топочной камеры, зависимости от паропроизводительности 1990-6960 мм.

Основные составляющие части котла: верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтовой, боковой и задний экраны, оборудующие топочную камеру. Трубы перегородки правого бокового экрана, образующего так же и поверхность топочной камеры, вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны. Концы труб заднего экрана привариваются к верхнему и нижнему коллекторам диаметром 159x6 мм. Трубы фронтового экрана также привариваются к коллекторам аналогичного диаметра. Диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000 мм. Расстояние между барабанами 2750 мм.

Длина цилиндрической части барабана от 2250 мм. До 7500 мм. Изготавливаются барабаны для котлов с давлением 1,4 МПа с толщиной стенки 13 мм, а для давления 2,4 МПа с толщиной стенки 22 мм. Конвективный пучок отделен от топочной камеры газоплотной перегородкой. При вводе в барабан трубы разводятся в два ряда. Конвективный пучок образован коридорно-расположенными трубами диаметром 51 мм., развальцованы в верхним и нижнем барабанах. Шаг труб 90 мм., поперечный шаг 110 мм. В водяном правом верхнем барабане находится питательная труба, в нижнем - устройств для парового нагрева воды.

Средний срок службы котла между капитальным ремонтом при 2500 часов работы в год 3 раза. Котлы поставляются потребителем в сборе. Производятся Бийским котельным заводом.

Исходные данные:

Тип парового котла - ДЕ-4;

Паропроизводительность котла - D=1 кг/с;

Параметры пара на выходе из котла:

- давление Р_o=1,6 МПа;

- температура питательной воды - t_п.в.=65 °С;

Вид топлива - малосернистый мазут.

Доля продувки солей - p=4%.

Основные характеристики мазута:

W^p=3%, A^p=0.1%, S^p=1.4%, C^p=83.8, H^p=11.2%, N^p=0, O^p=0.5%.

Теплота сгорания - =39,73 МДж/кг;

Таблица 1. Основные характеристики котла типа ДЕ-4 и его элементов

Длина топки в, м	Ширина топки а, м.	Средняя высота топки hт, м.	Объём топки Vт, м3	Полная поверхность стен топки Fст, м2.	Экранированная поверхность стен топки Fэ, м2.
1,97	1,8	2,5	8,55	23,8	21,8

Исходными данными для расчёта объёмов и энтальпий продуктов сгорания и воздуха служат основные характеристики заданного вида топлива.

Теоретическое количество сухого воздуха V^o необходимого для полного сгорания топлива при избытке воздуха б=1, определяется по формуле:



Теоретический объём азота при б=1 рассчитывается по формуле:

отел

Теоретический объём трёхатомных газов при б=1 находится по формуле:

Теоретический объём водяных паров при б=1 находится по формуле:

где

Теоретический объём продуктов сгорания находится по формуле:

По найденным значениям теоретических объёмов продуктов сгорания и воздуха формируется таблица объёмов.

Принимаем камерные топки пылеугольных и газомазутных котлов с металлической обшивкой: Дб=0,15; 1-й пучок: Дб=0,05; 2-й пучок: Дб=0,1; экономайзер чугунный с обшивкой: Дб=0,1.

Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки =1,15 (смесительные горелки). Коэффициенты избытка воздуха на выходе из каждой следующей за топкой поверхности теплообмена определяется суммированием присосов воздуха Дб в ней и б?? предыдущей поверхности.

Таблица 2. Таблица объёмов

Определяемая величина	Элемент котла
	топка	1-й пучок	2-й пучок	экономайзер
Присосы воздуха в поверхности нагрева Дб?	0,15	0,05	0,1	0,1
Коэффициент избытка воздуха за поверхностью нагрева б??	1,15	1,2	1,3	1,4
Средний коэффициент избытка воздуха бср=0,5·(б?+б??)	1,075	1,175	1,25	1,35
	1,83	1,85	1,86	1,88
	11.65	11.67	11.68	11.7
	1.58	1.6	1.61	1.63
	0.136	0.137	0.138	0.139
	0.157	0.158	0.159	0.16
	0.866	0.867	0.868	0.869
	15,67	17	18	19,42

Для топки



Энтальпия продуктов сгорания газа, при б=1, равна:

,

где х - температура дымовых газов, °С

Энтальпия продуктов сгорания воздуха, при б=1, равна:

,

где t - температура воздуха,

- средние объёмные теплоёмкости соответственно газов и воздуха, кДж/ нм^3·К (таблица №2).

Расчёт энтальпий продуктов сгорания газа и воздуха для 100 °С.

Для х=100 °С,

Энтальпия в каждой графе определяется по формуле:

Для примера рассчитаем энтальпии в каждой графе при разной температуре.

Для топки при х=1000 °С, =1,15

Для 1-ого котельного пучка: х=300 °С, =1,2

Для 2-ого котельного пучка: х=200 °С, =1,3

Для экономайзера: х=100 °С, =1,4

Таблица 3. Н-х таблица

Температура, °С	Энтальпия газов, кДж/кг.
			топка =1,15	1-ого пучка =1,2	2-ого пучка =1,3	Экономайзер =1,4
			Н	ДН	Н	ДН	Н	ДН	Н	ДН
100	1612,4	1379							2164	2208
200	3260,3	2779,7					4094	2125	4372	2267
300	4959	4201			5799	2033	6219	2178	6639	2322
400	6703,7	5643			7832	2095	8397	2246	8961	2398
500	8495,3	7158,3			9927	2127	10643	2276	11359
600	10323,7	8652,6			12054	2177	12919	2336
700	12182,5	10241			14231		15255
800	14178	11787,6	15946	2154
900	16097	13355	18100	2209
1000	18052	15048	20309	2250
1100	20059,7	16667,7	22559	2291
1200	22104	18308,4	24850	2307
1300	24162	19969,9	27157	2348
1400	26256,7	21652,4	29505	4704
1500	28357,6	23355,7	31861	2444
1600	30542,8	25080	34305	2399
1700	32680,6	26825	36704	2458
1800	34873,5	28591	39162	2491
1900	37096,5	30378	41653	2296
2000	39153	31977	43949

2.2 Тепловой баланс котла, поверочный расчёт топки

Цель составления теплового баланса котла - определение его КПД и расход топлива. Из уравнения прямого теплового баланса котла расход топлива В, равен:

где, - полное количество теплоты, воспринятое в котле рабочим телом, кВт.

- располагаемая теплота топлива, кДж/кг.

з_ка - КПД котельного агрегата, %.

Для паровых котлов малой мощности без пароперегревателя , равна:

,

где, D - паропроизводительность котла, D=1 кг/с (по заданию);

D_пр - расход воды на непрерывную продувку, доля продувки солей, следовательно:

энтальпия насыщенного пара, определяется по начальному давлению,

энтальпия питательной воды, определяется в зависимости от температуры питательной воды (t_п.в. =65 °С) и давления питательной воды:

энтальпия кипящей воды на линии насыщения, определяется по начальному давлению,

После определения неизвестных величин определяем .

Располагаемая теплота топлива для котлов малой мощности , рассчитывается по формуле:

где, низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг,

тепло, вносимое в топку с паровым дутьём, кДж/кг,

где, - расход пара на дутье, кг/(кг топлива), ; - энтальпия пара, идущего на паровое дутье (как правило, ), кДж/кг.

Кпд котельного агрегата по обратному балансу определяется:

где, - потери теплоты с уходящими газами, %.

- потери теплоты от химической неполноты сгорания, %.

Определяется: =1%.

- потери теплоты от наружного охлаждения, %.

В зависимости от D=1 (кг/с)=3,6 (т/ч).=>

- потери теплоты с физическим теплом шлака, %, =0%.

- потери теплоты от механической неполноты сгорания, (таблица №5).

=0%.

В общем случае:

где, - энтальпия уходящих газов, кДж/кг, (определяется по Н-х-таблице по х_ух, и б_ух.); х_ух - принимается из технико-экономических соображений и при t_п.в.=100 °С, х_ух составляет 150 °С, =>

=1,4.

- энтальпия холодного воздуха, кДж/кг, при температуре присасываемого холодного воздуха t_х.в.=30 °С.



Определяем :

Определяем КПД котельного агрегата:

.

После нахождения неизвестных величин, определяем расход топлива В, м³/с.

Расчётный расход топлива В_р, кг/с, определяется по формуле:

Цель расчёта - определение температуры дымовых газов на выходе из топки, конструктивные размеры и поверхность теплообмена которой известны.

Температура газов на выходе из топки рассчитывается по формуле:

где, - адиабатическая (теоретическая) температура горения, К;

- коэффициент;

- степень черноты топки;

- критерий Больцмана.

Полное тепловыделение в топке , кДж/кг, определяется по формуле:

где, - тепло, внесённое в топку с воздухом, кДж/кг. При отсутствии воздухоподогревателя

По найденному значению равному адиабатической энтальпии горения , по Н-х-таблице находят адиабатическую температуру горения , °С, и

По Н-х-таблице: при

при

Находим адиабатическую температуру горения, при

После интерполяции получается, что

Коэффициент зависит от относительного расположения максимума температуры пламени по высоте топки :

,

где при сжигании газа и мазута А=0,54, В=0,2.



где - средняя высота топки, м. .

- средняя высота горелок от пода топки, м:

Находим коэффициент : ;

Степень черноты для камерных топок (топливо - мазут), определяется по формуле:

,

где, - степень черноты факела;

- средний коэффициент тепловой эффективности топочной камеры.

Для котлов типа ДЕ:

;

где, - угловой коэффициент экрана.

Определяется, в зависимости от отношения , которые принимаются по данным. Для котла ДЕ-4: ,

Т.к. , то по (рис. №2): ;

- коэффициент загрязнения топочных экранов. Для открытых гладкотрубных экранов при сжигании мазута ;

экранированная поверхность стен топки, м². Для ДЕ-4 по табл. 1:

полная поверхность стен топки, м². Для ДЕ-4 по табл. 1:

При сжигании газа и мазута эффективная степень черноты факела определяется по формуле:

,

где, - коэффициент усреднения, зависящий от теплового напряжения топочного объёма;

- объём топки, м³. Для котлов ДЕ-4 по табл. 1:

,

Т.к. , то для мазута .

- степени черноты соответственно светящейся части факела и несветящейся. Определяются по рисунку №3 в зависимости от :

 по

по

где, -доля трёхатомных газов в топке (из таблицы объёмов);

- коэффициент поглощения трёхатомными частицами, 1/(МПа·м).

Определяется по рисунку №4 в зависимости от:.

Для определения предварительно задаются температурой газов на выходе из топки ;

, (по таблице объёмов);

- давление газов в котле, ;

- толщина излучающего слоя, м.

Определяем по графику: .

Определения по формуле:

по

по

определяем по (рис. №3): .

Определяем степень черноты факела :

;

Определяем степень черноты:

;

Критерий Больцмана рассчитывается по формуле:

,

где, - коэффициент сохранения теплоты,

- средняя суммарная теплоёмкость продуктов сгорания, определяется по формуле:

где, -энтальпия газов на выходе из топки определяется по

при .

Определяем критерий Больцмана:

,

Определим температуру газов на выходе из топки :

,

Т.к. то поверочный расчёт топки считается законченным.

По Н-х-таблице находим : при и определяем количество теплоты, передаваемое в топке излучением:

2.3 Поверочный расчёт 1-го и 2-го котельных пучков, конструктивный расчёт водяного экономайзера

Расчёт двух котельных пучков котлов типа ДЕ производится последовательно с целью определения температуры газов на выходе из первого котельного пучка и на выходе из второго .

Поверочный расчёт 1-ого котельного пучка.

Задавшись двумя значениями температур газов на выходе из 1-ого пучка (,) и определив по Н-х-таблице энтальпии газов, соответствующие этим температурам, находим два значения балансового тепловосприятия пучка , по формуле:

,

При ,

При ,

При ,

При ,

Определяем площадь поверхности :

где, - диаметр труб, м: ;

- средняя длина труб в пучке, м: ;

- количество труб в ряду пучка: ;

-количество рядов: .

Все величины выбраны для котла ДЕ-4 (таблица №6).

,

Определяем скорость газов , м/с, в пучке по формуле:

,

где, - объём газов в пучке (по таблице объёмов): ,

- средняя температура газов в пучке, °С.



При , ,

При , ;

- сечение для прохода газов, м²,

,

где, - ширина газохода, выбирается по (таблица №6):

Определяем скорость газов в пучке:

При ,

При

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи конвекцией по формуле:

,

где, - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме (рис. №6) в зависимости от скорости газов, .

При ,

При ,

- поправка на шаг между трубами в зависимости от продольного (S₁) и поперечного (S₂) шагов, S₁= S₂=0,09, м. Определяется в зависимости от : , следовательно, .

- поправка на число рядов, .

- поправка на фрикционный состав дымовых газов. Определяется в зависимости от и , по (рис. №6).

При ;

При .

Находим коэффициент теплоотдачи конвекцией:

При ,

При ,

Находим коэффициент теплоотдачи излучением , по формуле:

,

где, - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме в зависимости от скорости газов, . Определяется в зависимости и ;

- температура стенки трубы, °С: ,

- температура насыщения,°С.

Выбирается в зависимости от Р_о=1,6МПа, =201,37 °С. (таб. №2).

- для газов.

Определяем температуру стенки трубы:

При ;

При

-степень черноты газового потока. Определяется в зависимости от .

Для мазута:

где, - для 1 пучка из таблицы объемов.

Коэффициент определяется аналогично таким же коэффициентам топки.

Для конвективных пучков S находится по формуле:

.

Определяем в зависимости от , ,

, (по таблице объёмов);

- давление газов в котле, ;

При , ,

При , ,

Определяем :

При , ,

При ,

Определяем степень черноты:

Т.к. (, ), то =0,2

Т.к. (, ), то =0,18

- определяется в зависимости от и : , .

При ;

При .

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением:

При ;

При .

Определяем коэффициент теплоотдачи от газов к стенке , по формуле:

,

где, - для газоходов котлов ДЕ принимают 0,9…0,95.

При ,

При .

Рассчитываем коэффициент теплопередачи для конвективных пучков

,

где, - коэффициент тепловой эффективности, зависящий от вида топлива и типа поверхностей, для котельных пучков при сжигании газа

При ,

При .

Определяем средний температурный напор при условии, что температура пароводяной смеси в пучке равна температуре насыщения.

Рисунок 9. Зависимость

Температурный напор определяется по формуле:

,

,

.

При , ,

При , .

Определяем количество теплоты, воспринятое в 1-ом пучке через поверхность F₁:

При ,

При ,

Имея по два значения и для разных принятых , строим графики и . Точка пресечения двух указанных зависимостей будет соответствовать искомой температуре на выходе из 1-ого пучка. Для неё определяется и уточняется .



Температура на выходе из первого пучка .

Определим для , энтальпию газов по Н-х-таблице: .

Уточняем : .

Поверочный расчёт 2-го котельного пучка.

Задавшись двумя значениями температур газов на выходе из 2-ого пучка (,) и определив по Н-х-таблице энтальпии газов, соответствующие этим температурам, находим два значения балансового тепловосприятия пучка , по формуле:

,

При ,

При ,

При ,,

При ,,

Определяем площадь поверхности :

где, - диаметр труб, м: ;

- средняя длина труб в пучке, м: ;

- количество труб в ряду пучка: ;

-количество рядов: .

Все величины выбраны для котла ДЕ-4 (таб. №6).

,

Определяем скорость газов , м/с, в пучке по формуле:

,

где, - объём газов в пучке (по таблице объёмов): ,

- средняя температура газов в пучке, °С.

При , ,

При , ;

- сечение для прохода газов, м²,

,

где, - ширина газохода, выбирается по (таб. №6):

Определяем скорость газов в пучке:

При ,

При

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи конвекцией по формуле:

,

где, - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме в зависимости от скорости газов, .

При ,

При ,

- поправка на шаг между трубами в зависимости от продольного (S₁) и поперечного (S₂) шагов, S₁= S₂=0,11, м. Определяется в зависимости от : , следовательно, .

- поправка на число рядов, .

- поправка на фракционный состав дымовых газов. Определяется в зависимости от и , (по рис. №6).

При ;

При .

Находим коэффициент теплоотдачи конвекцией:

При ,

При ,

Находим коэффициент теплоотдачи излучением , по формуле:

,

где, - коэффициент теплоотдачи, определяемый по номограмме в зависимости от скорости газов, . Определяется в зависимости и ;

- температура стенки трубы, °С: ,

- температура насыщения,°С.

Температуру стенки трубы:

При ;

При

-степень черноты газового потока. Определяется в зависимости от .

Для мазута:

где, - доля трёхатомных газов.

Коэффициент определяется аналогично таким же коэффициентам топки.

Для конвективных пучков S находится по формуле:

.

Определяем в зависимости от , ,

, (по таблице объёмов);

- давление газов в котле, ;

При , ,

При , ,

Определяем :

При , ,

При ,

Определяем степень черноты:

Т.к. (, ), то =0,23,

Т.к. (, ), то =0,25.

- определяется в зависимости от и :

, .

При ;

При .

Определяем коэффициент теплоотдачи излучением:

При ;

При .

Определяем коэффициент теплоотдачи от газов к стенке , по формуле:

,

где, - для газоходов котлов ДЕ принимают 0,9…0,95.

При ,

При .

Рассчитываем коэффициент теплопередачи для конвективных пучков

,

где, - коэффициент тепловой эффективности, зависящий от вида топлива и типа поверхностей, для котельных пучков при сжигании газа

При ,

При .

Определяем средний температурный напор при условии, что температура пароводяной смеси в пучке равна температуре насыщения.



Температурный напор определяется по формуле:

,

,

.

При , ,

При , .

Определяем количество теплоты, воспринятое в 2-ом пучке через поверхность F₂:



При ,

При ,

Имея по два значения и для разных принятых , стоим графики и . Точка пресечения двух указанных зависимостей будет соответствовать искомой температуре на выходе из 1-ого пучка. Для неё определяется и уточняется .

Температура на выходе из второго пучка .

Определим для , энтальпию газов по Н-х-таблице:.

Уточняем :

.

Целью расчёта экономайзера является определение его поверхности теплообмена и его компоновки.

По температуре газов на выходе из экономайзера и на входе в экономайзер , температуре воды на входе рассчитывают балансовое тепловосприятие экономайзера , по формуле:

,

,

а также из уравнения теплового баланса определим ,

,

где, .

Тогда энтальпия воды на выходе из экономайзера определяется по зависимости:

Находим температуру воды на выходе из экономайзера, :

.

Скорость газов, , в экономайзере ВТИ рассчитывается по формуле:

,

где, - объёмный расход газов в экономайзере, м³/кг. Определяется по таблице объёмов: ;

- средняя температура газов в экономайзере. Определяется по формуле:

- живое сечение для прохода газов одной оребрённой трубы, м².

По (таблица №7) принимаем характеристики одной трубы: