Описание и тепловой расчёт котла ТГМ-151

Размещено на http://allbest.ru

Содержание

1. Описание котла ТГМ-151

1.1 Основные технические характеристики котла

1.2 Каркас котла

1.3 Топочная камера

1.4 Барабан котла

1.5 Пароперегреватели

1.6 Пароохладитель

1.7 Экономайзер

1.8 Регенеративный воздухоподогреватель

1.9 Дымососы

1.10 Дутьевые вентиляторы

2. Тепловой баланс парового котла ТГМ-151

Заключение

Список литературы



1. Описание котла ТГМ-151

Котельный агрегат ТГМ-151 предназначен для получения пара высокого давления при сжигании в виде факела природного газа или жидкого топлива (мазута).

Рис. 1 Общий вид котла ТГМ-151

1-барабан; 2-топочная камера; 3-газомазутная горелка; 4-выход перегретого пара; 5-потолочная часть пароперегревателя; 6-ширмы; 7-пароохладитель; 8-конвективная часть пароперегревателя; 9-конденсатор пароохладителя; 10-экономайзер; 11-регенеративный воздухоподогреватель; 12-15-дробеструйная установка; 16-выносной сепарационный циклон

Котельный агрегат имеет П-образную схему. В топочной камере газы движутся снизу вверх; в верхнем перепускном газоходе расположена ширмовая часть пароперегревателя, в опускном газоходе -- конвективная часть пароперегревателя и экономайзер. Позади котла установлены два ротора регенеративного воздухоподогревателя, в которых дымовые газы движутся снизу вверх.

1.1 Основные технические характеристики котла

1. Номинальная паропроизводительность - 220 т/час

2. Давление в барабане - 110 кгс/см²

3. Давление пара перед гл.паровой задвижкой - 100 кгс/см²

4. Температура перегретого пара - 540 ⁰С

5. Температура питательной воды - 215 ⁰С

6. Ширина топки в свету - 9,144 м.

7. Глубина топки в свету - 6,2 м.

8. Перепитка котла - +150 мм.

9. Упуск воды - -150м.

10. Водяной объем котла - 57 м³

11. Паровой объем котла - 31 м³

12. Минимальная паропроизводительность - 120 т/час

13. Изменения номинальной нагрузки котла в случаях понижения температуры питательной воды:

Температура питательной воды, 0С	Наибольшая паропроизво- дительность котла, т/ч
160	200
190- 210

1.2 Каркас котла

Каркасом котла называют металлическую конструкцию, несущую барабаны, поверхности нагрева, обмуровку, помосты и другие элементы котельного агрегата и передающую их вес на фундамент.

Каркас котла состоит из металлических колонн, связанных горизонтальными балками, фермами раскосами, и служит для восприятия нагрузок от барабана, всех поверхностей нагрева, обмуровки, изоляции и площадок обслуживания (Рис.2).

Каркас изготовляется сварным из профильного проката и листовой стали. Для придания каркасу устойчивости в случае повышенной нагрузки под действием ветра имеется большое число усиленных диагональных связей. Колонны каркаса жестко прикрепляют к подземному железобетонному фундаменту котла; основания (башмаки) колонн заливают бетоном.

Рис. 2 Каркас котла ТГМ-151

1-потолочные перекрытия; 2-башмак; 3- горизонтальная фермы; 4- вертикальные колоны; 5-горизонтальная балка; 6-диаганальная связь; 7-хребтовые балки; 8- вертикальная ферма; 9-стойки;

котел экономайзер воздухоподогреватель



1.3 Топочная камера

Топочная камера имеет призматическую форму и в сечении представляет гобой прямоугольник, имеющий размеры в свету 6200x9144 мм. Объем топочной камеры -- 812 м³.

Топочные экраны образуют 16 секций с независимой циркуляцией ,раздельно включенных в барабан котла. Фронтовой экран разделен на 6 секций, задний экран разделен на четыре секции, а каждый из боковых экранов -- на три секции.

Крайние коллектора фронтового экрана котлов 13-15 разделены глухими перегородками.

В третью ступень испарения включены внутренние 2/3 части крайних панелей фронтового экрана. Во вторую ступень испарения включены фронтовые панели боковых экранов. В первую ступень включены все остальные панели заднего, фронтового и боковых экранов.

Экранные трубы свободно висят на верхних сборных камерах и при тепловом расширении удлиняются вниз. Все верхние камеры фронтового и боковых экранов расположены почти на одной высоте.

У заднего экрана верхние сборные камеры расположены под местом выхода из топки дымовых газов. Из этих камер пароводяная смесь отводится в барабан через 12 труб диаметром 133x10 мм, вертикальная нижняя часть которых пересекает газоход и омывается дымовыми газами. Крепление заднего экрана осуществляется на той же высоте, что и остальных экранов.

В верхней части задней стены топочной камеры имеется выступ в глубину топки, способствующий лучшему омыванию дымовыми газами ширмовой части пароперегревателя.

Газомазутные горелки расположены двумя горизонтальными рядами на фронтовой стене топки. Всего установлено 8 горелок производительностью по газообразному топливу порядка 1300 м3/ч. В каждой горелке имеется мазутная форсунка механического распыливания производительностью 2300 кг/ч. Воздух подается индивидуально к каждой горелке. При отключении горелки особая заслонка закрывает подачу в нее воздуха.

Во всех форсунках давление жидкого топлива должно равняться 20 ат, а давление пара для продувки форсунки --35 ат.

1.4 Барабан котла

Пароводяная смесь, поступая в барабан, проходит через 42 сепарационных циклона 4 (Рис.3), из которых 14 расположены по фронтовой стороне барабана, а 28 -- на задней стороне (в том числе шесть циклонов установлены в соленых отсеках ступенчатого испарения).

В циклонах осуществляется грубое, предварительное разделение воды и пара. Отсепарированная вода стекает в нижнюю часть циклонов, под которыми установлены поддоны. Непосредственно над циклонами находятся жалюзийные щиты 6.

Пройдя через эти щиты и через дырчатый щит 3 пар направляется для окончательного осушения в верхние жалюзийные щиты 7, над которыми расположен дырчатый лист 8. Как показано на рисунке 3, средний уровень воды в чистом отсеке барабана расположен на 150 мм ниже его геометрической оси.

Верхний и нижний допустимые уровни находятся соответственно на40 мм выше и ниже среднего. Уровень воды в соленых отсеках обычно расположен ниже, чем в чистом отсеке. Разность уровней воды в этих отсеках увеличивается с возрастанием нагрузки котла.Ввод фосфатов в барабан производится в чистый отсек ступенчатого испарения по трубе 10, расположенной вдоль нижней части барабана.

Растворенные в котловой воде щелочи и фосфаты способствуют образованию на поверхности воды слоя пены.

При большой высоте пены отдельные её хлопья могут выдуваться паром в пароперегреватель.Вместе с пеной выносятся содержащиеся в ней вещества, образующие в трубах пароперегревателя слой опасной накипи. Надежным способом уменьшения вреда от пенообразования является размыв пены питательной водой. Сущность этого процесса такая же, как при размыве пены в бытовых условиях. Содержание солей в питательной воде меньше, чем в котловой воде, поэтому, соприкасаясь с питательной водой, пена растворяется в ней и высота её слоя уменьшается.

Рис.3 - Схема внутрибарабанных устройств:

1 -- труба; 2 -- раздающий коллектор; 3 -- промывочный щит; 4 - сепарационный циклон; 5 -- поддон; 6 -- жалюзийный щит; 7-- верхние жалюзийные щиты; 8 -- дырчатый лист; 9 -- сливной короб; 10 --труба для фосфатирования.

В чистом отсеке барабана имеется не показанная на рисунке 3 труба для аварийного сброса воды в случае чрезмерного повышения ее уровня.

Выравнивание содержания солей в левом и правом соленых отсеках третьей ступени испарения обеспечивается тем, что из каждого выносного соленого отсека одна из водоопускных труб направляет котловую воду в нижнюю экранную камеру противоположного соленого отсека.

1.5 Пароперегреватели

Пароперегреватель по характеру восприятия тепла разделяется на три части: радиационную, полурадиационную и конвективную, через которые последовательно и проходит пар.

Из барабана 1 (рисунок 4) насыщенный пар по 40 необогреваемым трубам 2 направляется в четыре горизонтальные камеры 3, из которых поступает 246 труб 4 потолочного перекрытия топочной камеры. Эти трубы диаметром 32x3,5 мм из стали марки 20 представляют собой радиационную часть пароперегревателя и одновременно обеспечивают механическую прочность опирающейся на них потолочной обмуровки.Каждая из потолочных труб помимо крепления концами к сборным горизонтальным камерам, удерживается дополнительно семью тягами, верхние концы которых присоединены к металлоконструкциям каркаса котла.

Из радиационной потолочной части пароперегревателя пар направляется в полурадиационную часть, представляющую собой 32 ширмы 5 и 6, расположенные в два ряда -- по 16 ширм в каждом ряду. Сначала пар проходит через крайние (левую и правую) группы ширм, двигаясь от задних коллекторов 7 (в которые включены потолочные трубы 4) в передние коллекторы 8.

Из коллекторов 8 пар через средние 16 ширм направляется в два вертикальных стояка9, а из них -- в конвективную часть пароперегревателя.

Каждая ширма состоит из 31 трубы U-образной формы диаметром 32x4 мм из стали марки 12Х1МФ. Трубы каждой ширмы собраны в жесткий пакет и скреплены между собой.

В вертикальных стояках 9 размещены впрыскивающие устройства для регулирования температуры пара путем впрыска в него конденсата. Из этих стояков пар поступает в нижние пакеты10 конвективной части пароперегревателя, а из них -- в верхние пакеты 11. Между этими пакетами, в камерах 12, установлены устройства для дополнительного впрыска воды в пар.

Рисунок 4 - Конвективная часть пароперегревателя

1 -- барабан; 2-- пароперепускные трубы; 3 -- входные камеры потолочной части пароперегревателя; 4 -- трубы потолочной части пароперегревателя; 5, 6 -- ширмы; 7 -- задний коллектор; 8 -- передний коллектор; 9 -- вертикальный пароохладитель; 10 -- нижние пакеты; 11 -- верхние пакеты; 12 -- горизонтальный пароохладитель; 13 -- пароперепускные трубы; 14 -- паросборная камера; 15 -- предохранительные клапаны; 16 -- воздушник.

Горизонтальные змеевики конвективной части пароперегревателя изготовлены из труб диаметром 32x4 мм из стали марки 12Х1МФ.

В нижних пакетах пар движется по трубам из нижних камер в верхние, т. е. против направления движения дымовых газов.

В верхних пакетах пар движется из верхних коллекторов в нижние, т. е. в направлении, совпадающем с направлением движения газов. При этом последние по ходу пара трубные витки обогреваются газами сравнительно умеренной температуры, благодаря чему несколько увеличивается запас надежности работы металла труб.

Из конвективной части пароперегревателя (рисунок 7) пар по необогреваемым перепускным трубам 13 направляется в паросборную камеру 14, на которой установлены два клапана 15 импульсного предохранительного устройства.

В верхней части труб 13 установлены воздушники 16 для выпуска воздуха при заполнении пароперегревателя водой при опрессовке

1.6 Пароохладитель

Рисунок 5 - Схема вертикального пароохладителя

1 - труба Вентури; 2 - диффузор трубы Вентури; 3 - защитная рубашка; 4 - воздушник; 5 - дренаж; 6 - бобышки

На рисунке 5 видна схема вертикальной камеры впрыскивающего пароохладителя. Впрыскиваемая вода подводится в узком сечении трубы Вентури 1 и через отверстия, расположенные по всему периметру, впрыскивается в пар. Смешение воды с паром и ее испарение происходит сначала в диффузоре 2, а затем в длинном прямом участке трубы. Стальная рубашка 3 защищает стенки этого участка от резкого охлаждения каплями еще неиспарившейся воды.В верхней части камеры имеется воздушник 4, в нижней части -- дренаж 5. Бобышки 6 служат для присоединения измерительных приборов и автоматики. Часть насыщенного пара отводится из барабана котла 1 не в пароперегреватель, а по линиям 2 в два конденсатора 3, расположенные симметрично. На боковых стенах конвективного газохода котла (рисунок 6).

Рис.6 - Схема конденсационной установки трубопроводов и впрыска

1 - барабан; 2 -- пароотводящая труба; 3 -- конденсатор; 4 -- узел регулирования впрыска; 5 -- трубопроводы впрыска; 6 -- измерительная шайба; 7 и 8 камеры пароохладителей; 9 - основная питательная линия; 11 -- экономайзер; 12 -- дроссельное устройство; 13 -- дренажная линия; 14 -- линия рециркуляции воды.



Внутри этих конденсаторов пар проходит между трубками, в которых течет вода. При этом пар конденсируется в воду и охлаждается на несколько градусов ниже температуры насыщения.

Из обоих конденсаторов полученный конденсат поступает в узел регулирования 4, в котором производится раздельное регулирование подачи воды в каждый из пароохладителей. Затем конденсат направляется по линиям 5 в камеры пароохладителей 7 и 8. Шайбы 6 служат для измерения расхода воды в каждой из линий 5.

Внутреннее устройство конденсатора изображено отдельно на рисунке 7. Внутри корпуса 1 имеются две трубные доски. К доске 2 присоединены трубы диаметром 38x2,5 мм с заглушками на противоположном конце, а к трубной доске 3 -- трубы диаметром 25x3,0 мм.

Рисунок 7 - Конденсатор

1 - корпус; 2 и 3 трубные доски; 4 - концевой отсек; 5 - водоотводящии отсек; 6 - дистанционирующие трубные доски; 7 - лючок.

По охлаждающей воде конденсатор включен до экономайзера. Вся питательная вода поступает в концевой отсек конденсатора 4, затем проходит через внутренние трубы далее движется в пространстве между внутренними и наружными трубами и выходит в отсек 5 Насыщенный пар из барабана конденсируется, соприкасаясь с наружной поверхностью относительно холодных труб.

Дистанционирование наружных концентрических труб обеспечивается тремя трубными досками 6. Внутренняя ревизия конденсатора может быть произведена через торцовый лючок 7.

1.7 Экономайзер

Экономайзер состоит из трех спаренных пакетов горизонтальных змеевиков, расположенных в вертикальном газоходе. Дымовые газы, омывая экономайзер, движутся сверху вниз. Весь экономайзер изготовлен из стали марки 20. Его поверхность нагрева состоит из труб диаметром32x3,5 мм.

Питательная вода поступает в нижние левую и правую камеры экономайзера, и, двигаясь по трубам перемещается снизу вверх, т. е. против направления движения дымовых газов (рисунок 8). При такой схеме менее нагретые газы обогревают менее нагретую воду, благодаря чему облегчается передача тепла. Кроме того, при этой схеме обеспечивается подъемное движение воды в змеевиках, в которых возможно образование паровых пузырей.

Змеевики расположены по всей ширине газохода и дистанционируются крепежными стойками 1, которые опираются на горизонтальные полые балки 2.

Доступ внутрь каждого из отсеков газохода экономайзера обеспечивается через люки 3 (рисунок 8). При ревизиях экономайзера во время ремонта котла нужно особо проверять правильность дистанционирования труб, поскольку нарушение дистанционирования может привести к образованию в газоходе отложений мазутной сажи.



Рисунок 8 - Водяной экономайзер

1 -- крепежная стойка; 2 -- опорная балка; 3 -- люк

1.8 Регенеративный воздухоподогреватель

Основные технические данные:

1. Диаметр ротора, мм4313

2. Высота ротора, мм2250

3. Высота поверхности нагрева (набивки), мм

· горячей части1200

· холодной части600

4. Поверхность нагрева, м²

· горячей части5064

· холодной части2174

5. Масса РВП, т63816

В регенеративном воздухоподогревателе поверхность нагрева размещена в двух аппаратах, установленных позади котельного агрегата. Каждый аппарат состоит из ротора 4 (рисунок 9), установленного на вертикальном валу 1. Внутри ротора укреплены секции, избранные из вертикально расположенных металлических пластин.



Рисунок 9 - Регенеративный воздухоподогреватель

1 -- вертикальный вал, 2 -- подшипник; 3 - электродвигатель с редуктором; 4 -- ротор; 5 - периферийное уплотнение; 6 - радиальное уплотнение; 7 - вертикальный валик (цевка); 8 - подпятник.

Вместе с валом ротор непрерывно вращается в подшипнике 2 и подпятнике 8. Между пластинами проходят в вертикальном направлении воздух и дымовые газы. Каждая из пластин при этом попеременно то омывается газами и нагревается, то омывается воздухом и охлаждается. Таким путем тепло дымовых газов передается подогреваемому воздуху.

Ротор приводится в движение электродвигателем с редуктором 3, расположенным сбоку от ротора в его верхней части. Вращение передается от присоединенного к редуктору горизонтального лопастного колеса к вертикальным валикам 7 (цевкам), установленным по всей окружности ротора. При такой конструкции обеспечена надежность работы привода ротора при возможной неточности в его установке.

Пластины в роторе имеют различную форму. При их сборке в пакеты между ними остаются зазоры, необходимые для омывания пластин воздухом и дымовыми газами.

Светлые стрелки показывают направление движения воздуха, темные - дымовых газов.

1.9 Дымососы

На котлах ТГМ-151 имеются два дымососа. Дымососы предназначаются для удаления уходящих газов из котельного агрегата, для чего ими создается во всасывающих патрубках разряжение, далее дымососы нагнетают уходящие газы в дымовую трубу.

При вращении ротора уходящие газы, поступающие во всасывающие патрубки, выбрасываются из межлопастного пространства ротора в выходной патрубок дымососа со значительно большей скоростью, создавая таким образом внутри колеса и кожуха разряжение.

Характеристика дымососов

Наименование показателей	Размерность	13,15Б	14А 15А	14Б
Тип дымососа		Д-300/400
Производительность	тыс. м3/час	195	195	195
Общий напор	мм.в.ст.	229	229	229
Тип мотора		ДАЗО	ДАЗО	ДАЗО
Мощность	кВт.	400	315	315
Число оборотов	об/мин	750	750	750
Напряжение	В	6000	6000	6000
Сила тока	А	50,5	40,5	40,5

На дымососах ТГМ-151 установлены подшипники скольжения с баббитовыми вкладышами. Смазка кольцевая. Марка баббита - Б-16.

Главные составные части дымососов:

Подшипники скольжения с баббитовыми вкладышами к-13-15, смазка кольцевая, эластичная муфта для соединения дымососов с эл.двигателями, фундаменты под эл.двигатель и под подшипники. Ротор состоит из вала, на который посередине насажена ступица, к ступице крепится диск, с обеих сторон которого по наружному краю приварены лопатки. Другой край лопаток приварен к кольцам.

Кожух состоит из двух стальных плоских боковых листов и соединяющего их спирального листа, прямые концы последнего вместе с боковыми листами образуют выходной патрубок дымососа. Каждый лист из боковых стенок кожуха приварен во всасывающий патрубок, направленный вверх. Эластичная муфта служит для непосредственного соединения вала дымососа с валом эл.двигателя и состоит из двух полумуфт соединенных между собой при помощи стальных пальцев.

На пальцы одеты круглые, резиновые кольца, с помощью чего достигается эластичность соединения. Концы вала ротора дымососа покоятся в подшипниках: к.13-15 тип СКО-150 с баббитовыми вкладышами. Стул подшипника установлен на фундаменте и закреплен с ним фундаментными болтами. Эл.двигатель установлен на фундаментной раме и закреплен с помощью фундаментных болтов.

1.10 Дутьевые вентиляторы

На котлах ТГМ-151 установлены центробежные вентиляторы с односторонним всасыванием (по два на каждый котел). Вентилятор предназначается для нагнетания воздуха в топку котла через воздухоподогреватель. Принцип действия дутьевого вентилятора следующий: вследствие вращения ротора воздух, поступающий через направляющий аппарат, выбрасывается из межлопастного пространства ротора в выходной нагнетательный патрубок вентилятора со значительно большей скоростью, создавая таким образом напор.

Главные составные части вентилятора:

1. Крыльчатка или рабочее колесо

2. Улиткообразный кожух или корпус

3. Вал

4. Подшипники роликовые

5. Эластичная муфта для соединения вентилятора с мотором

6. Фундаменты под эл.двигатель и под подшипники

Характеристика вентиляторов

Наименование показателей	Размерность	13А, 15Б	13Б, 14Б	14А, 15А
Тип вентилятора		ВД-20
Производительность	тыс. м3/час	121	121	121
Общий напор	мм.в.ст.	259	259	259
Тип мотора		ДАЗО	ДАЗО	ДАЗО
Мощность	кВт	250	315	400
Число оборотов	об/мин	1000	1000	750
Напряжение	В	6000	6000	6000



2. Тепловой баланс парового котла ТГМ-151

Выработку тепла брутто котла, определяется по формуле:

где - количество выработанного перегретого пара;

- энтальпия перегретого пара, питательной и продувочной воды;

- количество продувочной воды.

При определении КПД котла по обратному балансу необходимо вычислить величины потерь теплоты и по известной теплоте сгорания топлива найти КПД котла по формуле:

,

где

- потери теплоты с уходящими газами;

- потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива;

- потери теплоты от механической неполноты сгорания;

- потери теплоты от наружного охлаждения котла;

- потери теплоты с физическим теплом шлаков;

Потери тепла с уходящими газами определяются по формуле:



,

где

- поправочные коэффициенты (для газа);

- температуры холодного воздуха и уходящих газов;

- поправочный коэффициент, учитывающий дополнительно внесенное в топку котла тепло подогретым воздухом;

=

Примем потери тепла от химической неполноты сгорания топлива = = 0,2%.

Потеря теплоты от наружного охлаждения, через внешние поверхности при номинальной производительности котла составляет:

;

- так как для газа нет механического недожога и шлакоудаления.

КПД котла по обратному балансу равен:

;

Расход топлива определяют по формуле:



Коэффициент избытка воздуха в дымовых газах подсчитывается по формуле:



Заключение

Нагрузка котла на испытываемом режиме составила 220 т/ч при температуре питательной воды 234 (норматив 215). Давление пара в барабане котла составило , давление перегретого пара , температура перегретого пара .

В качестве топлива использовался газ с теплотворной способностью .

Во время испытаний были получены следующие результаты:

Ш выработка тепла составляет:

Ш часовой расход газа на испытываемом режиме составил: ;

Ш коэффициент избытка воздуха в режимном сечении составил:

;

Ш температура наружного воздуха во время испытаний составила

;

Ш температура уходящих газов за ДС в опыте составила;

Ш потери тепла с уходящими газамисоставили ;

Ш потери тепла химической неполноты сгорания топлива

Ш потери тепла от наружного охлаждения составили ;

Ш КПД котла «брутто» по обратному балансу составил ;



Список литературы

1. Теплотехнические испытания котельных установок при стационарных режимах: учеб. пособие / Е. С. Ибрагимов; Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. - Уфа: УГАТУ, 2011. - 303 с.

2. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / Под ред. Н.В. Кузнецова и др.- М.: Энергия, 1973.-295 с.

3. Липов Ю.М., Самойлов Ю.Ф, Виленский Т.В. Компоновка и тепловой расчет парового котла: Учебное пособие для вузов. - М.:Энергоатомиздат, 1988.-208 с.

4. Инструкция по техническому описанию котлов высокого давления ТГМ - 151. Салаватской ТЭЦ.

Размещено на Allbest.ru