Заявляемая горелка представлена на рисунке 2.4.2



Рисунок 2.4.2 - Горелочное устройство (патент РФ № 2327928)

Горелочное устройство работает следующим образом.

Топливо поступает из центральной топливной форсунки 1 в камеру сгорания 16 в виде системы веерных струй, смешивающихся с потоками воздуха, выходящих из разнонаправленных лопаточных каналов 10, 11, 12. При этом потоки воздуха отклоняются в радиальном направлении от центра к периферии коническими отражателями 13 и распространяются в виде перекрещивающихся между собой струй. Последовательное уменьшение угла наклона лопаток завихрителей в указанных пределах обеспечивает оптимальный угол перекрещивания струй, выходящих из смежных каналов и высокое качество перемешивания потоков воздуха с топливом. В зонах контакта струй происходит резкое возрастание интенсивности турбулентности потока, что обеспечивает хорошее перемешивание воздуха с топливом и быстрое выгорание смеси.

Предложенное горелочное устройство позволяет создавать высокотурбулизованный факел с равномерным распределением температурного поля на расстоянии 2-3 калибров от среза горелочного устройства.

Формула изобретения

Горелочное устройство, содержащее центральную топливную форсунку и коаксиальные кольцевые обечайки, образующие воздухоподводящие каналы, снабженные разнонаправленными лопаточными завихрителей, а также конические отражатели, установленные на выходе из каждого канала с возможностью отклонения воздушных потоков от центра к периферии, отличающееся тем, что углы наклона лопаток смежных каналов завихрителей выполнены разновеликими с соотношением 0,5-0,8.

3) Вихревая газовая горелка (патент РФ № 2267705)

Изобретение относится к горелкам, в которых, по меньшей мере, одному из компонентов придается вихревое движение. Горелка предназначена для установки во фронтовые устройства камер сгорания стационарных газотурбинных двигателей, работающих на газообразном топливе, и обеспечивает сокращение вредных выбросов NOX в атмосферу. Вихревая газовая горелка содержит трубопровод подвода газообразного топлива с коаксиально расположенным за его выходом цилиндрическим смесителем топлива и воздуха с воздушным лопаточным завихрителем на входе в смеситель. Внутри трубопровода подвода газообразного топлива перед его выходом вдоль продольной оси размещен выходной участок трубки подвода воды с завихрителем воды. За срезом трубки подвода воды образован цилиндрический смеситель газообразного топлива и воды с топливным лопаточным завихрителем перед его входом.

Заявляемая горелка представлена на рисунке 2.4.3

Вихревая газовая горелка с вихревым завихрителем воды работает следующим образом. Газообразное топливо по трубопроводу подвода газообразного топлива 1 через топливный лопаточный завихритель 12 поступает в цилиндрический смеситель газообразного топлива и воды 11, где смешивается с водой, поступающей туда по трубке подвода воды 8, через коллектор подвода воды 20, через тангенциальные каналы 14 в лопатках 15 и выходной участок 7 завихрителя воды 9. В цилиндрическом смесителе газообразного топлива и воды 11 перемешивание воды и топлива происходит в автоколебательном режиме и далее мелкодисперсная топливно-водяная аэрозоль в цилиндрическом смесителе 3 смешивается с воздухом, поступающим туда через воздушный лопаточный завихритель 4. В смесителе топлива и воды 11 перемешивание воды и топлива происходит в автоколебательном режиме и далее мелкодисперсная топливно-водяная аэрозоль в смесителе топлива и воздуха 3 смешивается с воздухом, поступающим туда через воздушный лопаточный завихритель 4, и истекает через диффузор 21 в камеру сгорания. Перемешивание топливно-воздушной аэрозоли с воздухом и горение смеси происходит под действием звуковых колебаний, что приводит к интенсивному перемешиванию компонентов, быстрому выгоранию топлива с высокой полнотой завершения химических процессов, а участие воды в процессе горения приводит к экономии топливного газа и снижению вредных выбросов в атмосферу.



Рисунок 2.4.3 - Вихревая газовая горелка (патент РФ № 2267705)

Формула изобретения

1. Вихревая газовая горелка, содержащая трубопровод подвода газообразного топлива с коаксиально расположенным за его выходом цилиндрическим смесителем топлива и воздуха с воздушным лопаточным завихрителем на входе в смеситель, отличающаяся тем, что внутри трубопровода подвода газообразного топлива перед его выходом вдоль продольной оси размещен выходной участок трубки подвода воды с завихрителем воды, а за срезом трубки подвода воды образован цилиндрический смеситель газообразного топлива и воды с топливным лопаточным завихрителем перед его входом.

2. Вихревая горелка, отличающаяся тем, что завихритель воды выполнен в виде шнека, размещенного внутри выходного участка трубки подвода воды.

3. Вихревая горелка, отличающаяся тем, что завихритель воды выполнен в виде каналов в лопатках топливного лопаточного завихрителя, выходящих в выходной участок трубки подвода воды, образованный цилиндрической втулкой с закрытым вверх по потоку газа концом, направленных поперек продольной оси горелки по касательной к внутреннему диаметру цилиндрической втулки, при этом входы каналов завихрителя воды сообщены с коллектором подвода воды, размещенным над трубопроводом подвода газообразного топлива.

4. Вихревая горелка, отличающаяся тем, что направление закрутки воздушного лопаточного завихрителя и завихрителя воды выбрано в одну сторону.

5. Вихревая горелка, отличающаяся тем, что цилиндрический смеситель топлива и воздуха на выходе снабжен диффузором.

4) Газовая горелка (патент РФ № 2471118)

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котельных.

Технический результат изобретения - повышение полноты сгорания топлива, путем турбулизация потока газо-воздушной смеси при ее сжигании, после вращения периферийного газоподводящего канала.

Газовая горелка содержит воздухоподающий 1 и газоподающий 2 каналы, к которым присоединены с перфорацией 3 периферийный 4 и центральный 5 газоподводящие каналы. Сопла 6 жестко закреплены к камере центрального 5 газоподводящего канала, а сопла 7 - к камере периферийного 4 газоподводящего канала. Продольные оси сопел 6 и 7 расположены под углом друг относительно друга. Между внутренним контуром газоподводящего канала 4 и внешним контуром газоподводящего канала 5 устанавливаются подшипники скольжения 8, работающие при высоких температурах. На внешнем контуре периферийного 4 газоподводящего канала закреплены лопатки 8.

Указанный технический результат достигается тем, что центральный газоподводящий канал установлен внутри периферийного газоподводящего канала, а центральный и периферийный газоподводящие каналы имеют перфорацию, при этом между перфорацией на внешней стороне периферийного газоподводящего канала установлены лопатки.

На рисунке 2.4.4 изображена газовая горелка - общий вид, рисунке 2.4.5 - профильный вид.

Рисунок 2.4.4 - Газовая горелка, общий вид



Рисунок 2.4.5 - Газовая горелка, профильный вид

Газовая горелка работает следующим образом.

Предварительно подогретые воздух и газ от нагнетателя тангенциально поступают соответственно из воздухоподающего 1 и газоподающего 2 каналов во внешний газоподводящий канал 4, попадая на лопатки 9, при котором происходит смешивание и турбулизация потока воздуха и газа, смесь становиться однородной. Из внешнего газоподводящего канала газо-воздушная смесь поступает во внутренний газоподводящий канал 4 через перфорацию 3. После попадания во внутренний газоподводящий канал 4 часть газо-воздушной смеси подводится на горение к соплам 7, а другая часть поступает через перфорацию 3 в канал 5 для последующего горения из сопел 6.

При попадании воздуха и газа из соответственно подающих каналов 1 и 2 на лопатки 9, канал 4 начинает вращаться, посредством установленных подшипников скольжения 8, кроме того вращаются и сопла 7. Канал 5 остается неподвижен и вместе с ним неподвижны и сопла 6. При истечении газовой смеси из сопел 6 и 7 происходит поджег, воспламенение и горение газо-воздушной смеси. При указанном расположении сопел 6 и 7 повышается полнота сгорания потока газо-воздушной смеси при ее сжигании.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявленное изобретение обладает высокой степенью полноты сгорания газо-воздушной смеси и высоким КПД, так как у такого выполнения газовой горелки нет необходимости настраивать сопла на угол слияния газовой струи.

6) Газовая горелка (патент РФ № 2479790)

Изобретение относиться к теплоэнергетике и может быть использовано в котельных, ТЭЦ.

Технический результат - происходит увеличение КПД, за счет турбулизация потока по средствам чего возрастает полнота сгорания топлива.

Указанный технический результат достигается тем, что газовая горелка, содержащая корпус внутри которого установлены центральный и периферийный газоподводящие каналы, каждый из которых на выходе оснащен группой сопел, также содержащий пластинчатый теплообменник, соединённый с корпусом газовым трубопроводом посредством газового патрубка, причем центральный и периферийные газоподводящие каналы установлены с возможностью вращения навстречу друг другу, центральный и периферийный газовые каналы имеют перфорацию.

На рисунке 2.4.6 изображена газовая горелка - общий вид, рисунке 2.4.7 - профильный вид.



Рисунок 2.4.6 - Газовая горелка, общий вид

Рисунок 2.4.7 - Газовая горелка, профильный вид

Газовая горелка содержит, паропровод 1, механический привод 2 (турбина), цилиндрический редуктор 3, паро-газовый пластинчатый теплообменник 4, корпус 5, периферийный 6 и центральный 7 газоподводящие каналы, перфорацию центрального и периферийного газоподводящих каналов 8, группа сопел 9 и 10, подача воздушной смеси 11, сопла направлены в строго противоположные стороны, подшипники скольжения работающие при высоких температурах 12, ременные либо цепные передачи 13,конденсатопровод 14.

Газовая горелка работает следующим образом. Часть вырабатываемого котлом пара 1, поступает в механический привод 2, приводя во вращение цилиндрический редуктор 3, передавая крутящий момент ремням 13, и вращая газоподводящий центральный 7 и периферийный 6 каналы, через подшипники скольжения 12, пар проходящий через турбину попадает в пластинчатый теплообменник 2, и удаляется через конденсатопровод 14, поступающая газовая смесь с начальными параметрами (температура 1, давление 1) через трубопровод, нагревается и расширяется в пластинчатом теплообменнике 2, приобретая параметры (температура 2, давление 2), поступает в газовый трубопровод, заполняет пространство в корпусе 5, через перфорированные отверстия 8, распределяется в центральном 6, и периферийном 7 газоподводящих каналах, за счет вращения перфорированного трубопровода газоподводящих каналов, режим течения газовой смеси из ламинарного переходит в турбулентный, после чего во вращающихся газоподводящих каналах, газовая смесь, имеющая турбулентный режим течения поступает в сопла горения 9 и 10, расположенных противонаправленно друг относительно друга. При необходимости повысить содержание воздуха в газо - воздушной смеси, происходит подача воздуха через канал 11.

Таким образом, по сравнению с прототипом, данный технический результат достигается за счет установки пластинчатого теплообменного аппарата, в котором соответственно происходит тепловое расширение подаваемой газовой смеси, вследствие чего происходит повышение экономичности и полноты сгорания топлива, путем турбулизация потока газо - воздушной смеси при ее сжигании.



3. Газовая горелка с паровым приводом

3.1 Устройство и принцип работы

На рисунке 3.1.1 изображена схема подготовки и подачи топлива.

1 - котел паровой, 2 - горелка, 3 - пластинчатый теплообменник, 4 - рекуперативная установка, 5 - регулировочные клапаны

Рисунок 3.1.1 - Схема подачи и подготовки топлива

На рисунке 3.1.2 изображен главный вид (вид сбоку - разрез) конструкции газовой горелки с паровым приводом.

Конструкция газовой горелки с паровым приводом включает в себя внутреннюю 1 и внешнюю полости 2, газо-подающий канал 3, лопасти 4 парового привода, патрубки подачи пара 5, патрубки выхода конденсата 6, сопло 7, перфорацию 8, болтовое соединение 9, крепежную пластину 10, герметичные необслуживаемые подшипники 11, пластина 12, ось 13, крепления 14.

Рисунок 3.1.2 - Газовая горелка с паровым приводом (главный вид)



Конструкция работает следующим образом:

Смешение газа и воздуха происходит в пространстве между полостями 1 и 2. Газ подается из газо-подающего канала 3 через перфорацию 8 при помощи газодувок. Воздух выходит из сопла 7, проходя через внутреннюю полость 1. Регулировка подачи воздуха происходит за счет пластины 12, которая закреплена на оси 13, установленной на креплениях 14 к внутренней полости 1. Подача газа осуществляется по спирали относительно потока воздуха. Подача воздуха осуществляется за счет разряжения перед соплом 7, осуществляемое за счет формы сопла и направления потока газа. Таким образом, отпадает необходимость использования компрессоров для подачи воздуха. Между полостями 1 и 2 установлены лопасти 4 парового привода, за счет которого происходит вращение полости 1. Для привода берется часть пара из котла, что дает специфичность применения данной конструкции. Подача происходит через патрубки 5, а выход через 6. Вращение полости 1 относительно полости 2 происходит за счет герметичных необслуживаемых подшипников 11. Полость 2 имеет разъемную конструкцию для обеспечения легкости компоновки горелки. Соединение верхней и нижней части полости 2 осуществляется за счет болтового соединения 9. Крепления горелки к котлу осуществляется за счет крепежной пластины 10.

Таким образом, изобретение позволяет уйти от использования механической передачи, что дает увеличение коэффициента полезного действия.

3.2 Подшипники, применяемые в горелке с паровым приводом

Завод фирмы Schaeffler в городе Штайнхаген известен как центр разработки и производства шарнирных подшипников Elges, цилиндрических втулок скольжения и шарнирных головок. Марка ELGES объединяет в себе 60-летний опыт производства и признанную во всем мире техническую компетентность Schaeffler Group.

Подшипники ELGES обладают высокой грузоподъемностью, имеют длительный срок службы и обеспечивают надежную работу даже в экстремальных условиях.

С подшипниками скольжения ELGES повышается производительность станков и оборудования, технологических установок, транспортных средств и приборов. Особое внимание уделено тому факту, что подшипники ELGES не требуют обслуживания при эксплуатации.

С 1982 года продукция Permaglide® является важной составляющей ассортимента Schaeffler Group и расширяет границы применимости подшипников скольжения. Обладающие малым монтажным пространством, подшипники могут представлять собой как втулки с фланцем или без фланца, так и упорные кольца и отдельные пластины скольжения. Прекрасная обрабатываемость Permaglide® позволяет изготавливать компоненты специфической формы по особым заказам клиентов для различных сфер применения и условий эксплуатации.

ELGES и Permaglide® - продукты для самого широкого спектра применений.

ELGES предлагает обширный ассортимент необслуживаемых подшипников скольжения. Из этого ассортимента следует особо выделить материал ELGOGLIDE®, целое семейство тефлоновых покрытий скольжения, не требующих обслуживания. Поэтому для каждого применения мы сможем подобрать Вам подшипник с поверхностью скольжения, подходящей к имеющимся производственным условиям. Подшипники скольжения, работающие без смазки, отличаются продолжительным сроком службы и, кроме всего прочего, превосходно подходят для работы при малых углах поворота.

На рисунке 2.2.1 представлены необслуживаемые подшипники скольжения ELGES. В таблице 2.2.1 представлены типоразмеры необслуживаемых подшипников скольжения ELGES.

Рисунок 2.2.1 Необслуживаемые подшипники скольжения ELGES

Таблица 2.2.1 Типоразмеры необслуживаемых подшипнииков скольжения ELGES

s, мм	0,6	1,3	2,1	2,8	3,5	4,3	5,7	7,2	8,6	10,1	11,6	13	14,5
C, мм	14	15	16	17	18	19	21	23	25,5	18	31	34	37
B, мм	15	17	18	19	20	20	23	25	29	32	32	38	38
dk, мм	41	49,5	55,5	62	68,5	74	88,5	102	115	128,5	141	155	168
обозначение	GAC 25 F	GAC 30 F	GAC 35 F	GAC 40 F	GAC 45 F	GAC 50 F	GAC 60 F	GAC 70 F	GAC 80 F	GAC 90 F	GAC 100 F	GAC 110 F	GAC 120 F
масса, кг	0,14	0,21	0,27	0,33	0,42	0,46	0,73	1,05	1,55	2,1	2,35	3,7	4
a,град.	3,5	3,5	3,5	3,5	3	3	3	2,5	2,5	2,5	2	2	1,5
T, мм	15	17	18	19	20	20	23	25	29	32	32	38	38
D, мм	47	55	62	68	75	80	95	110	125	140	150	170	180
d, мм	25	30	35	40	45	50	60	70	80	90	100	110	120



4. Тепловой расчёт парового котла ДЕ-25-14

4.1 Исходные данные для расчёта

Котёл ДЕ-25-14 паропроизводительностью 25 т/ч вырабатывает насыщенный пар с рабочим абсолютным давлением Р = 1,4 МПа. Питательная вода поступает при температуре t_пв = 100 °С. Котёл оборудован индивидуальным экономайзером ЭБ1-646. Основное топливо - природный газ, резервное топливо - мазут марки М100.

Исходный состав газа:

CH₄ = 82,11 %

C₂H₄ = 3,69 %

C₃H₈ = 1,50 %

C₄H₁₀ = 1,40 %

C₅H₁₂ = 2,20 %

CO₂ = 0,50 %

N₂ = 7,50 %

H₂ = 1,10 %

Коэффициент избытка воздуха ? = 1,1

Теплота сгорания низшая сухого газа:

(3.1.1)

Плотность газа при 0°С и 760 мм. рт. ст.:

Влагосодержание на 1 м³ сухого газа при t = 10 °C принимаем:

d_г=10 г/м³

4.2 Расчёт объёмов воздуха и продуктов сгорания

Теоретически необходимое количество сухого воздуха:

(3.2.1)

;

;

Действительное количество атмосферного воздуха:

(3.2.2)

Действительное количество сухого воздуха:

(3.2.3)

Действительное количество атмосферного воздуха:

3.2.4)

Состав дымовых газов:

(3.2.5)



(3.2.6)

;

; (3.2.7)

; (3.2.8)

; (3.2.9)

Процентное соотношение продуктов горения:

CO₂ =9,01%

H₂O =17,78%

N₂ =71,50%

O₂ =1,71%

Материальный баланс:

V = 100 м³

Состав природного газа:

(3.2.10)

; (3.2.11)

(3.2.12)

(3.2.13)

(3.2.14)

(3.2.15)

(3.2.16)

; (3.2.17)

(3.2.18)

Состав продуктов горения:

(3.2.19)

(3.2.20)

(3.2.21)

(3.2.22)

Материальный баланс.

Природный газ:

(3.2.23)

(3.2.24)

(3.2.25)

(3.2.26)

(3.2.27)

(3.2.28)

; (3.2.29)

; (3.2.30)



Воздух:

(3.2.31)

(3.2.32)

(3.2.33)

Таким образом, массовый состав воздуха составляет 1528,34 кг.

Продукты горения:

(3.2.34)

(3.2.37)

Таким образом, массовый состав продуктов горения составляет 1529,02 кг;

Неувязка: |1528,34 - 1529,02|·100% / 1529,02 = 0,0445 %

4.3 Поверочный расчет горелочных устройств

Поверочный расчет горелки сводится к определению полноты смешения газа и воздуха, скоростей истечения газа и воздуха. При расчете используют конструктивные данные конкретного типа газогорелочного устройства.

Расчет проводится в следующем порядке:

1) Определяем расход газа и воздуха на горелку, м³/с:

(3.3.1)

(3.3.2)

где N - номинальная тепловая мощность горелки, МВт;

- низшая теплота сгорания газа, МДж/м³;

- коэффициент избытка воздуха;

V0 - теоретически необходимое количество воздуха, м³/м³.

Величину коэффициента избытка воздуха следует принять в диапазоне рекомендуемых значений 1,03 ч 1,1.

2) По конструктивным данным рассчитываем площадь сечения для прохода воздуха и газам²:

м²; (3.3.3)

м²; (3.3.4)

м², (3.3.5)

где D - диаметр центрального газового коллектора либо трубы для установки форсунки, м;

п - число газовыпускных отверстий, шт.

3) Далее определяем скорость истечения газа и воздуха, , при температуре газа 20 С, м/с:

м/с; (3.3.6)

4) Определяем необходимое давление газа и воздуха перед горелкой, уточняя плотность используемого газа следующим образом:

(3.3.7)

кг/м³; (3.3.8)

кг/м³; (3.3.9)

4.4 Тепловые расчеты

Тепловой баланс теплогенератора выражает равенство теплоты, подступившей в агрегат, сумме полезно использованной теплоты и всех тепловых потерь, имеющихся при его работе. Цель составления теплового баланса - вычислить коэффициент полезного действия теплогенератора и определить необходимый расход топлива.

Тепловой баланс составляют применительно к установившемуся тепловому состоянию теплогенератора. Все статьи теплового баланса принято относить к 1 кг твердого и жидкого или 1 м³ газообразного топлива.

Общее уравнение теплового баланса , м³:

(2.4.1)



где - располагаемая теплота;

Q₁ - полезно использованная теплота;

Q₂ - потери теплоты с уходящими газами;

Q₃ - потери теплоты от химической неполноты сгорания;

Q₄ - потери теплоты от механической неполноты сгорания;

Q₅ - потери теплоты всеми элементами теплогенератора, а окружающую среду (потери от наружного охлаждения);

Если статьи теплового баланса выразить в относительных величинах (процентах от располагаемой теплоты ), то уравнение теплового баланса примет вид.

(2.4.2)

Величину полезно использованной теплоты Q₁ (q₁) прямым путем определить нельзя, т.к. заранее неизвестно количество сжигаемого топлива. Поэтому Q₁ (q₁) можно найти из уравнений теплового баланса лишь после определения всех потерь теплоты.

4.4.1 Тепловой баланс теплогенератора и расход топлива при использовании горелки ГМ

Расчет осуществляют в следующей последовательности.

Потери теплоты с уходящими газами при сжигании топлива с избытком воздуха ,%:

; (3.4.1.1)

%

где - температура уходящих газов, измеренная в балансовой точке 115 °С,

- температура воздуха, вносимого в топку, 22 °С,

Z - безразмерная величина, характеризующая состав и температуру уходящих газов.

; (3.4.1.2)

;

где: -коэффициент изменения объёма сухих продуктов сгорания 1,18:

- коэффициент, для природного газа 0,85;

- отношение средней теплоемкости воздуха к средней теплоемкости не разбавленных воздухом продуктов сгорания 0,77;

- жаропроизводительность, для природного газа 2010 °С;

С'- коэффициент изменения теплоемкостей продуктов сгорания 0,82;

Потери тепла с химическим недожогом , % :

; (3.4.1.3)

где CO - объёмная доля монооксида углерода в уходящих газах, % ;

H₂ - объёмная доля водорода в уходящих газах, % ;

h - коэффициент разбавления сухих продуктов горения;

p - характеристика топлива, 9070 ккал/м³.

Объёмная доля водорода в уходящих газах Н₂, % :

(3.4.1.4)

,

где CO - объёмная доля монооксида углерода в уходящих газах, 10 %.

Расчетные потери от механической неполноты сгорания q₄ = 0 %, а так же потери теплоты в окружающую среду (от наружного охлаждения ) q₅ = 1,4 % .

КПД котла определяется по методу обратного баланса с подсчётом потерь теплоты по методике М.Б. Равича, при этом считается, что потери теплоты от механической неполноты сгорания при сжигании топлива отсутствуют.

КПД брутто котла по обратному балансу , % :

(3.4.1.5)

Теплопроизводительность котла , Гкал/ч:

; (3.4.1.6)

где - расход топлива, нм³/ч;

- низшая теплота сгорания топлива, ккал/м³.

Паропроизводительность котла (котлоагрегата) по обратному балансу , т/ч :

(3.4.1.7)

;

где - теплопроизводительность котла (котлоагрегата) по обратному балансу, Гкал/ч,

- энтальпия пара, 664,35 ккал/кг;

- энтальпия питательной воды, 84 ккал/кг;

Удельный расход условного топлива на вырабатываемую котлом теплоэнергию:

(3.4.1.8)

4.4.2 Тепловой баланс теплогенератора и расход топлива после установки модифицированной горелки и подвода подогретого воздуха в топку

Потери теплоты с уходящими газами при сжигании топлива с избытком воздуха ,%:

; (3.4.2.1)

где: - температура уходящих газов, измеренная в балансовой точке 115 °С,

- температура воздуха, вносимого в топку, 75 °С,

Расчетные потери от химической q'₃ = 0,5 % и механической q₄ = 0 % неполноты сгорания, а так же потери теплоты в окружающую среду (от наружного охлаждения) q₅ = 1,4 % .

КПД брутто котла по обратному балансу , % :

(3.4.2.2)

Теплопроизводительность котла , Гкал/ч:

(3.4.2.3)

;

Паропроизводительность котла , Гкал/ч:

(3.4.2.4)

Гкал/ч;

Удельный расход условного топлива на вырабатываемую котлом теплоэнергию , :

(3.4.2.5)

Полученные данные вносим в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 - Сводные данные.

Наименование	Ед. изм.	Обозна- чение
1. Расход газа на горелку	м3/с	B	0,488
2. Расход газа на горелку	м3/с	GВ	5,4
3. Номинальная тепловая мощность горелки	МВт	N	18,56
4. Низшая теплота сгорания газа	МДж/м3		38
5. Коэффициент избытка воздуха			1,1
6. Теоретически необходимое количество воздуха	м3/м3	V0	10,06
7. Потери теплоты с уходящими газами	%		4,97
	%	'	0,5
8. Температура воздуха, вносимого в топку	°С		22
	°С	'	75
9. Потери тепла с химическим недожогом	%	q3	4,97
	%	q3'	0,5
10. Потери от механической неполноты сгорания	%	q4	0
11. Потери теплоты в окружающую среду	%	q5	1,4
12. Теплопроизводительность котла Гкал/ч	Гкал/ч		14,03
	Гкал/ч		15,2
13. КПД брутто котла	%		88
	%		96
14. Паропроизводительность котла	т/ч		24,18
	т/ч		26,37
15. Удельный расход условного топлива на вырабатываемую котлом тепловую энергию	кг.у.т./Гкал		162,3
	кг.у.т./Гкал		148,87



5. Мероприятия по охране окружающей среды

5.1 Расчет выбросов токсичных веществ в атмосферу

Продукты сгорания, расчет оказывают определяющее влияние на энергетические и экологические показатели различных теплотехнических установок.

Однако помимо этих продуктов при сгорании образуется и ряд других веществ, которые вследствие их малого количества не учитываются в энергетических расчетах, но определяют экологические показатели топок, печей, тепловых двигателей и других устройств современной теплотехники.

В первую очередь к числу экологически вредных продуктов сгорания следует отнести так называемые токсичные газы.

Токсичными называют вещества, оказывающие негативные воздействия на организм человека и окружающую среду. Основными токсичными веществами являются оксиды азота (NО), оксид углерода (СО).

Оксиды азота. При сгорании топлив главным образом образуется оксид азота NO, который затем в атмосфере окисляется до NO₂.

Образование NO увеличивается с ростом температуры газов и концентрации кислорода и не зависит от углеводородного состава топлива.

Находящийся в атмосфере NO₂ представляет собой газ красновато-бурого цвета, обладающий в больших концентрациях удушливым запахом. NO₂ оказывает негативное воздействие на слизистые оболочки глаз и

Оксид углерода (СО) образуется во время сгорания при недостатке кислорода или при диссоциации СO₂. Основное влияние на образование СО оказывает состав смеси: чем она богаче, тем выше концентрация СО.

Оксид углерода - бесцветный и не имеющий запаха газ. При вдыхании вместе с воздухом он интенсивно соединяется с гемоглобином крови, что уменьшает ее способность к снабжению организма кислородом. Симптомы отравления организма газом СО: головная боль, сердцебиение, затруднение дыхания и тошнота.

Расчет выбросов окиси углерода , м³/ч:

, (4.1.1)

где С₀₀ - выход окиси углерода при сжигании 1 т топлива, кг/т, определяется по формуле:

, (4.1.2)

где R - коэффициент для природного газа 0,5;

q₃ - потери теплоты от химической неполноты сгорания, 0,5 %;

q₄ - потери теплоты от механической неполноты сгорания, 0 %.

,

м³/ч.

Расчет выбросов окислов азота , м³/ч:

, (4.1.3)

где - количество окислов азота = 0,05;

- коэффициент, учитывающий степень сжигания выбросов азота, для малых котлов = 0.

м³/ч.

Выбросы SO₂ для природного газа принято считать равными 0.

Расчет объема дымовых газов без влаги при нормальных условиях:

, м³/м³, (4.1.4)

где м³/м³,

м³/м³.

Расчет объемной концентрации , чнм:

; (4.1.5)

чнм*(млн-1) ;

* чнм - части на миллион (единицы измерения объемной концентрации).

5.2 Расчет и выбор дымовой трубы

В котельных обычно устанавливают железобетонные, кирпичные и металлические одноствольные трубы с вентиляционным зазором.

Согласно НТП устанавливают одну трубу на три котла.

Для определения диаметра устья дымовой трубы необходимо первоначально определить расход продуктов сгорания через трубу , м³/с:

м³/с, (4.2.1)

где V_г - количество дымовых газов на выходе из котлоагрегата, м³/м³;

V^o - теоретическое количество воздуха, м³/м³;

и - температура уходящих газов, принимается равной температуре на выходе из котлоагрегата;

?б - присос воздуха в газоходах.

м³/с

Тогда диаметр устья трубы D_тр, м:

м, (4.2.2)

здесь щ_вых-скорость продуктов сгорания на выходе из трубы.

Полученный диаметр округляем до ближайшего стандартного и уточняем скорость продуктов сгорания на выходе.

D_тр = 0,8 м, тогда щ_вых = 17,7 м/с.

Определяем предварительную минимальную высоту трубы Н, м:

, (4.2.3)

гдеА - коэффициент, зависящий от метеорологических условий местности, для Оренбурга равен 200;

= 0,035 м³/м³

= 0,21 м³/м³

Z - количество дымовых труб, равно 1;

?t - разность температуры выбрасываемых газов и температуры воздуха самого жаркого месяца в полдень, ?t = 90,8° С.

м

Полученная в первом приближении высота дымовой трубы больше минимальной высоты кирпичной дымовой трубы равной 65м.

Определяем коэффициенты f и х_м:



(4.2.4)

По полученным коэффициентам определяем следующие коэффициенты:

(4.2.5)

(4.2.6)

Теперь определяем максимальную приземную концентрацию оксидов азота , мг/м³:

мг/м³ (4.2.7)

и окиси углерода , мг/м³:

мг/м³ (4.2.8)

Проверим условие, при котором безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1, т.е.

(4.2.9)



Получаем

, так как условие выполняется, то оставляем принятую высоту трубы и расчет считаем оконченным.

Вывод: в результате проведенного расчета условие ПДК выполняется для оксидов азота и окиси углерода. Для приведения приземных концентраций в соответствие с нормативными мы воспользовались таким технологическим мероприятием, как увеличение высоты дымовой трубы. Это необходимо для того, чтобы увеличить площадь рассеяния данной примеси. По полученным расчетам высота дымовой трубы составила 65 м.



6. Безопасность труда

6.1 Анализ и обеспечение безопасных условий труда

В этом разделе рассмотрена котельная в поселке Красный Коммунар Сакмарского района Оренбургской области, где имеется собственная котельная с 3 паровыми котлами: ДЕ-25/14 ГМ - 2 шт. и ДЕ-6,5/14 ГМ - 1 шт.

Котельная на базе, которой произошла реконструкция, расположена в климатическом районе - III А. Класс здания - III (пожарная безопасность).

По степени обеспечения надёжности теплоснабжения котельная относится к II категории потребителей. По степени огнестойкости здание относиться ко II. Класс конструктивной пожарной опасности здания Г.

Поверхность пола в помещениях котельной ровная, без выбоин, нескользкая, удобная для очистки и влажной уборки, обладает антистатическими свойствами.

В современных котельных очень высокая плотность размещения элементов тепловых схем. В непосредственной близости друг от друга располагаются соединительные провода, коммутационные кабели. При протекании по ним электрического тока выделяется значительное количество теплоты. При этом возможно оплавление изоляции, соединительных проводов, их оголение и, как следствие, короткое замыкание, которое может привести к воспламенению.

Для ликвидации пожаров в начальной стадии и своевременной эвакуации людей в котельной предусмотрены следующие меры:

- наличие первичных средств тушения пожара (5 огнетушителей ОПХ-10, защищаемая площадь 240 м²);

- наличие плана эвакуации.

- обеспечено строгое выполнение требований противопожарного режима во всех пожароопасных помещениях и помещениях с массовым пребыванием людей;

- проводится обучение мерам пожарной безопасности персонала.

Важным фактором нормального высокопроизводительного труда являются метеорологические условия в производственном помещении.

При измерениях температуры, относительной влажности воздуха в помещениях, где установлено оборудование котельной, получились такие результаты. Температура в теплый период года колеблется от 21 до 25 ⁰C, в холодный период года от 21 до 23 ⁰C. Относительная влажность колеблется от 41 % до 55 % в холодный период и от 42 % до 62 % в теплый период года. Эти параметры температуры и влажности удовлетворяют нормативным требованиям (ГОСТ 30494-2011).

Двери для выхода из котельной должны легко открываться наружу.

Подготовка котла к розжигу

Перед розжигом котла оператор тщательно проверяет:

а) наличие распоряжения начальника котельной о розжиге котла, где должно быть указано время розжига, температура воды, которой должен заполнятся котёл, а также продолжительность розжига;

б) исправность топки и газоходов, запорных и регулирующих устройств;

в) исправность контрольно-измерительных приборов, арматуры, гарнитуры, питательных устройств, дымососа и вентилятора;

г) исправность оборудования для сжигания газообразного (жидкого) топлива;

д) заполнение котла водой к отметке нижнего рабочего уровня. Заполнение производить, выпуская воздух;

е) поддержания уровня воды в котле, наличие пропусков её через лючки фланцы и арматуру;

и) нет ли заглушек до и после предохранительных клапанов на паро- и газопроводах, на питательной, спускной и продувочных линиях;

ж) отсутствие в топке и газоходах людей или инородных тел;

з) наличие необходимого давления топлива для работы газовых горелок или мазутных форсунок.

Непосредственно перед розжигом котла тщательно провентилируется топка и газоходы в течении 10 ч 15 мин.

Перед розжигом котла, при работе на газе:

- проверяют исправность газопровода и установленной на нём арматуры (вся запорная арматура на газопроводах должна быть закрыта, а продувочные “свечи” - открыты);

- продувают газопровод через продувочную “свечу”, постепенно открывая задвижку на ответвлении газопровода к котлу, после продувки “свечу” закрыть;

- убеждаются в отсутствии утечки газа из газопроводов, газового оборудования и арматуры;

- проверяют по манометру отсутствие давления газа и воздуха перед горелкой;

- регулируют тягу разжигаемого котла, установив минимальное разряжение вверху топки на уровне 1 ч 1,5 мм. вод. ст.

Перед разжиганием котла, работающие на жидком топливе, температуру топлива приводят к величине, установленной инструкцией.

Паровую линию к форсункам необходимо прогреть.

Розжиг котлов при сжигании газообразного и жидкого топлива.

Котлы разжигают на протяжении времени, установленного администрацией, при слабом огне, уменьшенной тяге, закрытом паровом вентиле и открытом предохранительном клапане или вентиле для выпуска воздуха. Во время розжига котла необходимо обеспечить равномерное прогревание его элементов, а если котлы имеют устройство в нижнем барабане для подогрева воды, то необходимо его включить.

Розжиг газовых горелок.

Розжиг газовых горелок следует проводят в таком порядке:

- вносят в топку (через лючок) к газовыпускным отверстиям горелки зажжённый запальник;

- подают газ, медленно открывая, рабочий" кран (задвижку) перед горелкой и следя, чтобы газ загорелся;

- устанавливают давление газа на горелку (30 % по режимной карте),

- регулируют горение (подачей воздуха и регулируя разрежение) по цвету и характеру пламени,

- после получения устойчивого факела запальник гасят и удаляют из топки.

Если во время розжига пламя запальника или горелки погасло, немедленно прекращают подачу газа на горелку, запальник гасят и удаляют его из топки, провентилировать ее и газоходы на протяжении 10-15 мин. Только после этого снова приступают к розжигу горелки.

При наличии в котле нескольких горелок, розжиг их осуществляется последовательно в таком порядке, чтобы не делать температурных перекосов в топке.

Если во время розжига погаснут все или часть разожженных горелок, немедленно прекращают подачу газа к ним, гасят запальник и выносят его из топки, проводят вентиляцию топки и газоходов на протяжении 10 ч 15 мин. Только после этого можно повторно разжигать горелки.

Включение котла в работу.

Перед включением котла в работу выполняют:

а) проверку исправности действия предупредительных клапанов, водоуказательных приборов, манометра и питательных устройств;

б) проверку и включение автоматики безопасности, регулирование и сигнализации;

в) продувку котла.

Включение котла в общекотельный паровой коллектор должно осуществляться медленно, после тщательного прогрева и продувки коллектора. Во время прогревания открывают вентиль на дренажной линии для сброса конденсата. Плавно открывают главный парозапорный вентиль, но не более чем на 50 %. Когда паропровод прогреется, главный парозапорный вентиль открывают полностью.

Во время прогрева следят за исправностью коллектора, его опор, а также за равномерным расширением. При появлении вибрации или резких ударов прекращают прогревание до устранения выявленных дефектов.

При включении котла в действующий паровой коллектор давление в котле равно давлению в действующем паропроводе или на 0,5 кгс/см² меньше, чем давление в паропроводе (коллекторе), при этом горение в топке уменьшают. Если в этом случае в паровом коллекторе возникают толчки или гидравлические удары, немедленно прекращают включение котла и увеличивают продувку общекотельного парового коллектора.

Время начала розжига, и включение котла в работу записывают в сменный журнал.

Обслуживание котлов во время работы.

Во время дежурства персонал котельной постоянно следит за исправностью, как основного, так и вспомогательного оборудования и строго придерживаться установленных режимов работы котлов.

Выявленные в процессе работы оборудования неисправности записывают в сменный журнал. Персонал немедленно предпринимает меры для устранения неисправностей, которые угрожают безопасной и безаварийной работе оборудования. Если устранить неисправности своими силами невозможно, извещают об этом лицо, ответственное за безопасную эксплуатацию котельной.

Особое внимание во время работы обращают на:

а) поддержание нормального уровня воды в котле и равномерного питания его водой. При этом нельзя допускать, чтобы уровень снижался ниже нижнего или поднимался выше высшего допустимых уровней воды в котле;

б) поддержание нормального рабочего давления и температуры пара, вырабатываемого паровым котлом. Повышение давления или температуры выше разрешенных уровней категорически запрещается.

в) поддержание необходимой температуры питательной воды после водяного экономайзера;

г) нормальную работу горелок.

Особое внимание уделяют исправности оборудования котельной, контрольно-измерительных приборов и системы автоматики.

Проверку исправности действия манометра с помощью трехходового крана или запорного вентиля, который его заменяет, проводят не менее одного раза в смену.

Проверку предохранительных клапанов подрывом осуществляют для котлов с рабочим давлением: до 2,35 МПа -- каждого клапана не меньше, как раз в смену.

Проверку водоуказательных приборов осуществляют продувкой для котлов с рабочим давлением; до 2,35 МПа -- не менее одного раза в смену;

Проверку исправности питательных насосов проводят кратковременным пуском в работу каждого из них для котлов с рабочим давлением: до 2,35 МПа -- в сроки, указанные производственной инструкцией. Все указанные проверки записывают в сменный журнал с указанием времени.

При увеличении нагрузки котла, который работает на природном газе, постепенно увеличивают сначала подачу газа, потом воздуха и отрегулировать разрежение, а для уменьшения -- сначала уменьшают подачу воздуха, потом газа; после чего регулируют разрежение.

Если котел работает на жидком топливе, то для увеличения нагрузки сначала увеличивают разрежение, потом воздух, а затем подачу мазута (на паровых форсунках перед увеличением подачи мазута увеличивают подачу пара); для уменьшения -- сначала уменьшают подачу мазута, (пар для распыления), воздуха, а потом и разрежение.

Периодическая продувка котла.

Периодическая продувка котла осуществляют через определенный промежуток времени и служит для удаления шлама и грязи из нижних точек: барабана, коллекторов.

Её проводят кратковременно, но с большим выбросом котловой воды, захватывающей при своем движении шлам, находящийся в барабане или коллекторах, и выносят его в так называемый расширитель (барботер), предназначенный для охлаждения котловой воды. Охлаждение осуществляют смешиванием ее с холодной водопроводной водой до температуры 60 - 70 °С, при которой ее можно выпускать в канализацию.

Периодическую продувку проводят не реже одного раза в смену. При плохом качестве питательной воды по рекомендации лаборанта водоподготовки делают повторную продувку. Продолжительность, и очередность этой операции указывается в производственной инструкции для каждого котла. О проведении продувки предупреждают персонал котельной, а также всех, кто занят ремонтом соседних котлов. При размещении продувочной арматуры возле фронта котла, продувку выполняет один оператор, а если она находится по бокам и сзади котла, то ее выполняют два оператора. Периодическую продувку выполняют в такой последовательности:

- проверяют исправность продувочных линий на ощупь. До первого вентиля труба должна быть горячей, а после второго вентиля - холодной. Арматуру проверяют на легкость вращения маховиков вентилей.

- проверяют исправность питательных насосов и наличие достаточного запаса питательной воды.

- продувают водоуказательные приборы.

- подпитывают котел до верхнего рабочего уровня или на 3/4 по водоуказательному прибору.

- уменьшают горение в топке.

- на линии, которая по инструкции должна продуваться первой, осторожно открывают сначала второй по ходу продувки от котла продувочный вентиль, а потом слегка ослабляют ближний к котлу продувочный вентиль с целью прогрева продувочной линии. После прогрева его осторожно открывают. Второй оператор в это время наблюдает за уровнем воды в котле и давлением пара в барабане. В случае появления в продувочных линиях гидравлических ударов, вибрации трубопроводов или других неполадок, продувку прекращают.

- при снижении уровня воды до нижнего рабочего уровня (по сигналу второго оператора) постепенно закрывают ближний к котлу продувочный вентиль (первый), а потом -- второй.

- таким же образом продувают остальные линии, наблюдая за уровнем воды.

- после окончания продувки котла убеждаются в надежном закрытии продувочной арматуры и включают котел в нормальную работу.

- делают запись в сменном журнале с указанием времени начала и окончания продувки.

- через 30 мин. проверяют, насколько плотно закрыта продувочная арматура. Если арматура пропускает воду, то сообщают об этом начальнику котельной и продолжает следить за уровнем воды в котле.

Нормальная остановка котлов.

Остановка котлов бывает нормальная -- по письменному распоряжению лица, ответственного за котельную, и аварийная, которая проводится без распоряжения с последующим сообщением администрации.

Последовательность нормальной остановки:

- снижают нагрузку котла в несколько этапов (100 %, 75 %, 50 %, 30 %), добиваясь постепенного охлаждения котла и топки;

- выключают газовые горелки -- закрывают „рабочий" кран (задвижку) и „контрольный" кран (задвижку), открывают продувочную „свечу" между ними;

- закрывают задвижку на газопроводе перед котлом и открывают продувочную „свечу" газового коллектора котла;

- отключают котел от общекотельного парового коллектора;

- если давление в котле поднимается выше допустимого, стравливают его через предохранительный клапан в атмосферу;

- по мере необходимости поддерживают уровень воды в котле между высшим и низшим;

- через 10 ч 15 мин. выключают вентилятор и дымосос, дальнейшее охлаждение топки вводят естественным путем;

- делают запись в сменном журнале об остановке котла с указанием времени.

Охлаждение котла вводят медленно за счет естественного остывания: дверки, лючки и лазы держать закрытыми.

Быстрое охлаждение приводит к нарушению герметичности котла. Спуск воды из котла выполняют только после падения давления до нуля, снижении температуры до 70 ч 80 °С и остывании кладки обмуровки. Спуск делают медленно и при поднятом предохранительном клапане.

После спуска воды устанавливают заглушки на паровых, питательных, продувочных и спускных линиях котлоагрегата, который выключают, для того, чтобы отделить его от других работающих котлоагрегатов. Только после этого проводят на нем любые ремонтные работы.

Аварийная остановка котлов.

Котел немедленно останавливают и отключают действием защиты или персоналом в случаях, предусмотренных производственной инструкцией.

Порядок аварийной остановки котла непременно указывают в производственной инструкции. Причины аварийной остановки котла записывают в сменном журнале.

Во время аварийной остановки котла без получения распоряжения:

- прекращают подачу топлива и воздух, резко ослабляют тягу (закрывают рабочие "контрольные" краны (задвижку) и открывают “свечу” безопасности.);

- после того, как горение в топке прекращено, открывают на некоторое время дымовую заслонку;

- отключают котел от главного парового коллектора;

- если нужно, то пар выпускают через приподнятые предохранительные клапаны, кроме случаев: повышения уровня воды выше верхнего допустимого уровня и прекращения действия всех питательных насосов.

Электрический ток представляет собой большую опасность для здоровья и жизни людей.

Установлено, что наибольшее число несчастных случаев происходит в результате допуска к работе с электрическими устройствами необученного персонала и пренебрежительного отношения работающих к средствам защиты.

Выполняются следующие защитные меры электробезопасности:

- заземление;

- зануление;

- выравнивание потенциалов;

- уравнивание потенциалов;

- защитное отключение;

- разделяющий трансформатор (защитное разделение сети);

- двойная или усиленная изоляция:

- малое напряжение.

Чтобы обеспечить безопасность людей, работающих на установках напряжением до 1000 В и выше, необходимо сооружать заземляющие устройства и заземлять металлические части электрического оборудования и электрических установок.

Согласно ПУЭ сопротивление заземляющих устройств в установках напряжением до 1000 В не должно быть больше 4 Ом. Используется глухозаземленная нейтраль.

Для компьютеров и другого электрического оборудования, находящегося в помещении административного здания в качестве вертикальных заземлителей принимаются стальные стержни диаметром 14 мм и длиной 3 метра, которые погружают в грунт методом ввертывания. Верхние концы электродов располагают на глубине 0,5 м от поверхности земли и соединяют сваркой с горизонтальными заземлителями пластинчатого типа из аналогичного материала.

Разница, называемая отношением яркости, между рабочим местом и примыкающей площадью не должна превышать соотношение 3:1. Коэффициенты отношения поверхностей: для потолка - 80 ч 95 %, для стен - 50 ч 60 %, для пола - 25 ч 45 %.

Цвет потолка белый, цвет стен - синевато-серый, цвет пола - серый, что не раздражает глаза и соответствует санитарным нормам.

Нормирование естественного и искусственного освещения осуществляется в зависимости от характера выполняемых работ, в соответствии с требованиями СНиП II-4-79. По характеру зрительных работ эксплуатация системы относится к 4 разряду (освещенность 400 Лк). Естественное освещение должно осуществляться через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток и обеспечивать коэффициент естественной освещенности при верхнем или комбинированном освещении не ниже 1,5 % и боковом освещении 0,5 %. Для помещения, в котором находится рабочее место, коэффициент освещенности при верхнем или комбинированном освещении равен 1,9 %, а при боковом освещении 0,9 %.

6.2 Расчет естественного освещения

Степень освещенности естественным светом внутри помещения зависит от времени дня и года, состояния погоды, а также месторасположения и планировки здания, ориентации здания, ориентации окон, числа и величины оконных проемов.

Определим нормированное значение КЕО, е_Н:

(5.2.1)

где е - нормированное значение коэффициента естественной освещенности ;

т - коэффициент светового климата ;

Определим площадь световых проемов, S₀, м²:

(5.2.2)

где S_n - площадь пола помещения, м²;

К_З - коэффициент запаса;

з₀ - световая характеристика окон;

К_ЗД - коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями;

ф₀ - общий коэффициент светопропускания;

r₁ - коэффициент, учитывающий влияние отраженного света;

м²,

В помещении предполагается установка 9 окон общей площадью 108м². Таким образом площадь устанавливаемых световых окон будет больше расчетной, следовательно естественное освещение находится на требуемом уровне.

6.3 Возможные чрезвычайные ситуации

К возможным чрезвычайным ситуациям на проектируемом объекте можно отнести взрыв, пожар, стихийные бедствия и т.п. Одной из высоковероятной чрезвычайной ситуацией является пожар.

Пожар - это неконтролируемое горение вне специального очага. Оно представляет собой сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выделением тепла и светового излучения.

Различают два основных вида горения - гомогенное и гетерогенное. При гомогенном (пламенном) горении окислитель и горючее находятся в газовой фазе. Гомогенное горение имеет место при сгорании горючего газа или газовых сред, образующихся при испарении горючих жидкостей или при плавлении, разложении, испарении или выделении газообразных фракций в результате нагрева твердых веществ. Полученная любым их этих превращений газообразная среда смешивается с воздухом и горит.