Модернизация паровых котлов

Температуру t_макс = 430 °С принимаем по приложению II [9].

Величина превышения температуры среды в наиболее нагруженной трубе над средней

t_ш = t_максt = 430 388 = 42 °С.

Сечение для прохода пара f = 0,0558 м² принято по конструктивным характеристикам.

Расход в рассчитываемой точке из теплового расчёта D = 177,510³ кг/час

Удельный объём пара при максимальной нагрузке V_п = 0,02623 м³/сек. по приложению II [9].

Максимальная скорость пара

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару ₂ = 13198 кДж/м². Температуру загрязнённой стенки трубы принимаем t₃ =500°С. Коэффициент теплопроводности _м=139,1 кДж/м². Вспомогательные коэффициенты:

Отношение

Коэффициент растечки тепла = 0,89 [10].

Среднее значение тепловой нагрузки

Максимальное значение тепловой нагрузки трубы

q_макс = К_шq₀ = 1,4258942 = 362518,8 кДж/м²час.

Температура металла стенки наиболее нагруженной трубы

Рассчитываем точку "В":

Диаметр и толщина стенки труб определяются по чертежу ds=384,5

Рассчитываемый ряд труб: Z₂= 1.

Параметры пара в рассчитываемой точке:

Теплосодержание i = 3028,1 кДж/кг;

Давление р = 10,9 кПа;

Температура t = 384 °С.

Теплосодержание пара на выходе из коллектора, включенного перед рядом труб, для которого рассчитывается температура стенки i=3020,1 кДж/кг;

Давление Р_коп ⁼ 10,9 кПа;

Температура t' = 381 °С. Из теплового расчёта.

Коэффициент неравномерности тепловосприятия по ширме К_ш=1,3[9] Максимальные параметры пара в рассчитываемой точке:

Теплосодержание

i_макс= i + (К_ш i)(i i) = 3028,1 + (1,3 1)(3028,1 3020,1) = 3030,5 кДж/кг.

Температуру t_макс = 385 °С принимаем по приложению II [9].

Величина превышения температуры среды в наиболее нагруженной трубе над средней

t_ш = t_максt = 385384 = l °C.

Удельный объём пара при максимальной нагрузке V_п = 0,02316 м³/кг по приложению II [9].

Максимальная скорость пара

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару ₂ = 11941,5 кДж/м² .

Объём газов в рассчитываемом участке:

V₂ = 13,41 нм³/кг;

Объёмная доля водяных паров: r = 0,116;

Температура газов на входе в рассчитываемый ряд:

V_p =1075 °С. Из теплового расчёта.

Скорость газов находится из следующей формулы

Среднее по окружности трубы значение коэффициента теплоотдачи

_к.ср.= 120,6 Вт/(м²К).

Коэффициент неравномерности по окружности трубы:

К_тр = 1,6 [10].

Коэффициент теплоотдачи

_к = К_{тр к.ср} = 1,6120,6 = 192,9 Вт/(м²К).

Расчётный коэффициент загрязнения

= 0,25_ср = 0,250,011 = 0,00275 м²/кДж.

Температура загрязнённой стенки трубы принята t₃ =580°С.

Коэффициент теплоотдачи излучением равен

Коэффициент теплопроводности _м= 127,7 Вт/(мК)

Вспомогательные коэффициенты:

Среднее значение тепловой нагрузки

=27610³ кДж/м³час.

Максимальное значение тепловой нагрузки трубы

q_макс = К_шq₀=1,3 276 10³ = 150337 кДж/м²час.

Температура металла стенки наиболее нагруженной трубы

Температура загрязненной стенки трубы

t₃=t+ оq₀=425 + 0,0027512710³ = 607 °С.

Рассчитываем точку “С”:

Диаметр и толщина стенки труб определяются по чертежу ds = 384,5

Рассчитываемый ряд труб: Z₂= 36.

Параметры пара в рассчитываемой точке:

Теплосодержание i = 3250,1 кДж/кг;

Давление р = 10,6 кПа;

Температура t = 454 °С.

Параметры пара на выходе из коллектора включенного перед рядом труб, для которого рассчитывается температура стенки:

Теплосодержание i= 3020,1 кДж/кг;

Давление Р_коп = 10,9 кПа;

Температура t' = 381 °С. Из теплового расчёта.

Коэффициент неравномерности тепловосприятия по ширме К_ш = 1,3 [9]

Максимальные параметры пара в рассчитываемой точке:

Теплосодержание

i_макс = i + (К_ш l)(i i) = 3250,1 + (1,3 1)(3250,1 3020,1) =

=3319,1 кДж/кг.

Температуру t_макс = 479 °С принимаем по приложению II [9].

Величина превышения температуры среды в наиболее нагруженной трубе над средней

t_ш = t_макс t = 479 454 = 25 °С.

Удельный объём пара при максимальной нагрузке V_п = 0,03037 м³/кг по приложению II [9].

Максимальная скорость пара

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару ₂ = 10579,7 кДж/м² .

Сечение для прохода газов в рассчитываемом участке принимаем по конструктивным характеристикам: F_p = 49,2 м² .

Объём газов в рассчитываемом участке: V₂=13,41нм³/кг;

Объёмная доля водяных паров: r= 0,116;

Объёмная доля трёхатомных газов r_л =0,253.

Температура газов на входе в рассчитываемый ряд: V_p=972 °C. Из теплового расчёта.

Скорость газов находится из следующей формулы

Среднее по окружности трубы значение коэффициента теплоотдачи

_к.ср.= 147,4 Вт/(мК).

Коэффициент неравномерности по окружности трубы: К_тр = 1,0 [10].

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

_к = К_трк.ср. = 1,0147,4 = 147,4 Вт/(мК).

Расчётный коэффициент загрязнения

= 0,25_ср = 0,250,011 = 0,00275 м²/кДж.

Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами: К_г = 1,3. Температура загрязнённой стенки трубы принята t₃ = 550 °С.

Коэффициент теплоотдачи излучением равен

_л = 2050,9060,213 = 175,9 Вт/(мК).

Материал берём сталь 12ХМФ.

Коэффициент теплопроводности _м = 129,8 кДж/м² [10].

Вспомогательные коэффициенты:

Коэффициент растечки тепла = 0,85 [10].

Среднее значение тепловой нагрузки

=123186 кДж/м³час.

Максимальное значение тепловой нагрузки трубы

q_макс=К_шq₀=1,3123186=160141 кДж/м²час.

Температура металла наиболее нагруженной трубы

Температура металла наружной стенки трубы при средней нагрузке q₀

Температура загрязненной стенки трубы

t₃=t+ оq₀=471 + 0,00275123186= 552 °С.

Расчитываем точку “Д”:

Диаметр и толщина стенки труб определяются по чертежу ds = 384,5

Рассчитываемый ряд труб: Z₂= 1.

Параметры пара в рассчитываемой точке:

Теплосодержание i = 3382,5 кДж/кг;

Давление р = 10,3 кПа;

Температура t = 502 °С.

Параметры пара на выходе из коллектора включенного перед рядом труб, для которого рассчитывается температура стенки:

Теплосодержание i= 3371,2 кДж/кг;

Давление Р_коп = 10,3 кПа;

Температура t = 497 °С. Из теплового расчёта.

Коэффициент неравномерности тепловосприятия по ширме К_ш = 1,2 [9]

Максимальные параметры пара в рассчитываемой точке:

Теплосодержание

i_макс = i + (К_ш l)(i i) = 3382,5 + (1,3 1)( 3382,5 3371,2)=

=3384,6 кДж/кг.

Температуру t_макс = 503 °С принимаем по приложению II [9].

Величина превышения температуры среды в наиболее нагруженной трубе над средней

t_ш = t_макс t = 503 502 = 1 °С.

Удельный объём пара при максимальной нагрузке V_п = 0,03255 м³/кг. по приложению II [9].

Максимальная скорость пара

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару ₂ = 9637 Вт/(мК).

Сечение для прохода газов в рассчитываемом участке принимаем по конструктивным характеристикам: F_p = 25,6 м².

Объём газов в рассчитываемом участке: V₂=13,4нм³/кг; Объёмная доля водяных паров: r= 0,116;

Объёмная доля трёхатомных газов r_л =0,253

Температура газов на входе в рассчитываемый ряд: V_p =960 °С. Из теплового расчёта.

Скорость газов находится из следующей формулы

Среднее по окружности трубы значение коэффициента теплоотдачи

_к.ср. = 195,2 Вт/(м² К)

Коэффициент неравномерности по окружности трубы: К_тр = 1,6 [10].

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

_к = К_{тр к.ср.} = 1,6195,2 = 312,3 Вт/(м² К) . Расчётный коэффициент загрязнения

= 0,25_ср = 0,250,00966 = 0,00241 м²/кДж.

Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами К_г = 0,78. Температура загрязнённой стенки трубы принята t₃ = 610 °С.

Коэффициент теплоотдачи излучением равен

_л = 2170,9550,29=252,2 Вт/(м² К).

Материал берём сталь 12ХМФ.

Коэффициент теплопроводности _м= 125,7 Вт/(м К) [10].

Вспомогательные коэффициенты:

Коэффициент растечки тепла = 0,935 [10].

Среднее значение тепловой нагрузки

=157544 кДж/м³час.

Максимальное значение тепловой нагрузки трубы

q_макс=К_шq₀=1,6157544=188969 кДж/м²час.

Температура металла стенки наиболее нагруженной трубы

Температура металла наружной стенки трубы при средней нагрузке q₀

Температура загрязненной стенки трубы

Рассчитываем точку "Е":

Диаметр и толщина стенки труб определяются по чертежу ds = 384,5

Рассчитываемый ряд труб: Z₂ = 12.

Параметры пара в рассчитываемой точке:

Теплосодержание i = 3484,4 кДж/кг;

Давление р = 10 кПа; Температура t = 540 °С.

Параметры пара на выходе из коллектора включенного перед рядом труб, для которого рассчитывается температура стенки:

Теплосодержание i = 3371,2 кДж/кг;

Давление Р_коп = 10,3 кПа;

Температура t' = 497 °С. Из теплового расчёта.

Коэффициент неравномерности тепловосприятия по ширме К_ш = 1,2 [9]

Максимальные параметры пара в рассчитываемой точке:

Теплосодержание i_макс = i + (К_ш l)(i i) = 3484,4 + (1,2 1)( 3484,4 3371,2)= 3620,2 кДж/кг.

Температуру t_макс = 549 °С принимаем по приложению II [9].

Величина превышения температуры среды в наиболее нагруженной трубе над средней

t_ш = t_макс t = 549 540 = 9 °С.

Удельный объём пара при максимальной нагрузке V_п = 0,03634 м³/кг по приложению II [9].

Максимальная скорость пара

Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару ₂ = 9511,3 Вт/(м²К). Сечение для прохода газов в рассчитываемом участке принимаем по конструктивным характеристикам: F_p = 20,3м².

Объём газов в рассчитываемом участке:V₂=13,54нм³/кг;

Объёмная доля водяных паров: r= 0,115;

Объёмная доля трёхатомных газов r_л =0,251

Температура газов на входе в рассчитываемый ряд:

V_p=822 °C. Из теплового расчёта.

Скорость газов находится из следующей формулы

Среднее по окружности трубы значение коэффициента теплоотдачи _к.ср. = 241,3 Вт/(м² К). Коэффициент неравномерности по окружности трубы: К_тр = 1,0 [10].

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

_к = К_{тр к.ср.} = 1,0241,3 = 241,3 Вт/(м² К)

Расчётный коэффициент загрязнения

= 0,25_ср = 0,250,00936 = 0,00234 м²/кДж.

Коэффициент ослабления лучей трёхатомными газами: К_г = 0,78.

Эффективная толщина излучающего слоя принимаем по конструктивным характеристикам: S = 0,185 м.

Температура загрязнённой стенки трубы принята t₃ = 580 °С. Коэффициент теплоотдачи излучением равен

_л = 1720,9450,117 = 79,61 Вт/(м² К).

Материал берём сталь 12ХМФ.

Коэффициент теплопроводности _м = 127,7 Вт/(мК) [10]. Вспомогательные коэффициенты:

Коэффициент растечки тепла = 0,93 [10].

Среднее значение тепловой нагрузки

=62012 кДж/м³час.

Максимальное значение тепловой нагрузки трубы

q_макс = К_шq₀ = 1,262012 = 74414,4 кДж/м²час.

Температура металла стенки наиболее нагруженной трубы

=560

Температура металла наружной стенки трубы при средней нагрузке q₀

Температура загрязненной стенки трубы

t_з==550+0,0023462012=585.

3.4 Аэродинамический расчёт тяги и дутья

Вентилятор типа ВД - 20. Назначение и область применения. Центробежные дутьевые вентиляторы одностороннего всасывания типов ВД-20 предназначены для подачи воздуха в топки котла паропроизводи-тельностью от 320 до 120 т/ч, работающих с уравновешенной тягой.

Допускается применение вентиляторов в технологических установках, требующих регулирования, для перемещения чистого воздуха с температурой не более 70 °С. Использование вентиляторов в системах аспирации, вентиляции, сушки, обдувки, охлаждения и т. д. запрещается.

Вентиляторы рассчитаны на продолжительный режим работы в помещении и на открытом воздухе в условиях умеренного и тропического климата. Запуск вентилятора разрешается при температуре в улитке не ниже -30 °С. Максимально допустимая температура на входе в вентиляторы не должна превышать 400 °С.

Эксплуатация вентиляторов допускается при частотах вращения 1000 и 750 об/мин.

Краткое описание конструкции. Вентиляторы типов ВД-20 разработан Барнаульским котельным заводом по аэродинамической схеме 0,7-160-П МО ЦКТИ им. И. И. Ползунова.

Вентилятор изготовляется правого и левого вращения. Правым считается вращение рабочего колеса по часовой стрелке, если смотреть со стороны электродвигателя. Основными узлами вентиляторов являются: рабочее колесо, ходовая часть, улитка, всасывающая воронка, осевой направляющий аппарат и рама ходовой части. Рабочее колесо вентиляторов представляет собой сварную конструкцию, состоящую из крыльчатки и ступицы. Крыльчатка вентилятора состоит из 10 пустотелых, профилированных загнутых назад лопаток, расположенных между основным (коренным) и коническим (покрывающим)дисками. Для обеспечения прочности и жесткости внутри лопаток ввариваются ребра. Заготовки лопаток и конический диск штампованные. Ступица вентиляторов, выполненная из стального литья, крепится к основному диску заклепками. Крыльчатка в сборе со ступицей крепится на валу ходовой части с помощью шпонки и гайки, наворачиваемой на конец вала.

Ходовая часть вентиляторов состоит из кованого вала, подшипников качения, расположенных в общем литом корпусе, имеющем горизонтальный разъем, узла уплотнения и упругой втулочно-пальцевой муфты, соединяющей вал машины непосредственно с валом электродвигателя. Подшипник со стороны электродвигателя является опорно-упорным, с другой стороны опорным. Для удобства ремонта предусмотрена возможность монтажа подшипников с одной стороны - со стороны муфты, т.е. без снятия с вала рабочего колеса. Общий корпус, отлитый из чугуна, исключает коробление в процессе эксплуатации и уменьшает вибрацию подшипников.

Смазка подшипников - масляная ванна, расположенная в корпусе ходовой части. Уплотнение вала лабиринтное с сальниковой набивкой, установленной в торцевых крышках. Масло охлаждается посредством змеевика, расположенного в масляной ванне. По змеевику циркулирует охлаждающая вода, подводимая с одной стороны корпуса подшипников. Расход охлаждающей воды составляет примерно 0,5 м³/ч на вентилятор, температура на входе в змеевик не должна превышать 25 °С. На период зимней эксплуатации при понижении температуры окружающей среды ниже 0 °С система водяного охлаждения отключается, и вода удаляется продувкой змеевика сжатым воздухом.

Допустимая температура подшипников ходовой части не должна превышать 70 °С. Уровень масла в масляной ванне контролируется указателем уровня температуры масла - двумя термометрами сопротивления типа ТСП-085 длиной 60 мм, для установки которых в корпусе ходовой части предусмотрены гнезда - над опорным и упорным подшипниками. Гнезда под термометры сопротивления позволяют установить гильзу (оправу) с техническим ртутным термометром типа П4-Г-240-66.

Для смазки подшипников применяется масло турбинное Т₂₂ или индустриальное И-20А. Ротор вентиляторов в сборе (ходовая часть с насаженным рабочим колесом) подвергается балансировке на заводе-изготовителе.

Улитка вентиляторов - сварная из листовой и профильной стали. Для создания необходимой жесткости торцевые стенки улитки усиливаются оребрением из угольников и полос. На фронтовой стенке улитки (со стороны осевого направляющего аппарата) имеется лаз, обеспечивающий возможность технического осмотра проточной части машины при кратковременных остановах. Для выема ротора на улитке предусматривается съемный сектор. В зависимости от угла разворота улитки изготовляются двух типов, отличающихся расположением съемного сектора: первым тип - для углов разворотов , изменяющихся от 0 до 120 °, второй - для углов разворотов от 135 до 180 и 270°.

Для монтажа вентиляторов у потребителя к обечайке улитки привариваются кронштейны (по одному кронштейну с каждой стороны улитки), место расположения которых определяется требуемым разворотом улитки. Кронштейны сварной конструкции из листовой стали прикрепляются к общему фундаменту фундаментальными болтами.

Всасывающая воронка состоит из штампованного листового конуса с цилиндрической отбортовкой в верхней его части и уплотнительной ленты. Уплотнительная лента закладывается внутрь отбортовки конуса и прикрепляется к ней с помощью болтов. Прикрепленная уплотнительная лента выступает за пределы отбортовки конуса и заходит своей свободной кромкой внутрь воротника рабочего колеса. Конструкция всасывающей воронки обеспечивает в процессе эксплуатации вентиляторов стабильность требуемых значений осевого и радиального зазоров между внешней поверхностью уплотнительной ленты и внутренней поверхностью воротника рабочего колеса.

Следует отметить исключительно важное значение стабильности указанных для машин с загнутыми назад лопатками рабочих колес, так как этим обеспечиваются номинальные аэродинамические параметры.

Режим работы вентиляторов устанавливается осевым направляющим аппаратом, состоящим из сварного цилиндрического корпуса с направляющей полосой, по которой перемещается на роликах поворотное кольцо; 12 профильных лопаток, соединенных с поворотным кольцом рычажной системой, и обтекателя, расположенного по оси корпуса.

Лопатки осевых направляющих аппаратов могут поворачиваться на угол от 0 (всасывающее отверстие открыто полностью) до 90 °. При промежуточных углах от 0 до 90 ° поток воздуха отклоняется по направлению вращения рабочего колеса, что приводит к плавному уменьшению производительности и давления, развиваемого машиной.

Привод направляющих аппаратов осуществляется от электроисполнительного механизма типа МЭО-63. Рамы ходовой части и рамы под электродвигатель - сварной конструкции. Корпус подшипников монтируется непосредственно на раме ходовой части; между электродвигателем и рамой под электродвигатель предусмотрены промежуточные передвижные балки, что обеспечивает возможность монтажа на раме электродвигателей различных типов. Рамы притягиваются к общему фундаменту фундаментными болтами.

Для установки вентиляторов должен быть спроектирован и сооружен фундамент согласно чертежам общих видов и схем разворотов. Конструкция фундамента и способ заделки фундаментных болтов разрабатываются проектной организацией.

Вентиляторы поставляются заводом-изготовителем без всасывающего кармана. Если поворот потока воздуха в непосредственной близости (на расстоянии, меньшем 3-4 диаметров воздухопровода) от всасывающего отверстия машины неизбежен, необходимо установить всасывающий карман оптимального аэродинамического профиля.

Аэродинамическая схема всасывающего кармана разработана специально для машин этого типа МО ЦКТИ им. И. И. Ползунова, конструктивная разработка выполнена Барнаульским котельным заводом.

Всасывающий карман изготовляется силами и средствами заказчика. В конструкции вентиляторов предусмотрено ограждение вращающихся частей упругой втулочно-пальцевой муфты.

Конструкция вентиляторов не рассчитана на восприятие нагрузок от массы и теплового расширения подводящих и отводящих воздухопроводов. Перед и за вентиляторами устанавливаются компенсаторы. Привод вентиляторов осуществляется от закрытых одно- или двухскоростных асинхронных электродвигателей различных типов.

Применение двухскоростных электродвигателей в сочетании с осевыми направляющими аппаратами обеспечивает высокую экономичность регулирования машин. Производительность, полное давление, мощность на валу и КПД вентиляторов определяются на различных режимах работы по аэродинамическим характеристикам.

Размеры поставляемых узлов ограничены нормальным железнодорожным габаритом. В объем поставки завода не входят контрольно-измерительные приборы, асбестовые уплотнения разъемов вентиляторов, электроисполнительный механизм и внешние трубопроводы водяного охлаждения.

Выбор дутьевого вентилятора. Расчётную подачу вентилятора определяем по формуле 8

(3.24)

где - коэффициент запаса подачи воздуха он равен 1,05;

- температура холодного воздуха в котельном цехе;

h₆ - барометрическое давление воздуха, Па;

V ⁰ - объём воздуха теоретически необходимый для горения топлива.

Подача вентилятора за 1 час

Мощность электродвигателя для привода вентилятора, кВт:

(3.25)

где =1,1 - коэффициент запаса мощности электродвигателя;

H_в расчетный полный набор вентилятора, кПа;

эксплуатационный режим вентиляторов,.

Необходимый напор вентилятора рассчитываем по формуле 8

H_вент=1,2(H_тр +H_мс)=1,2(H_пот) , (3.26)

где H_тр и H_мс - потери давления

(3.27)

где л - коэффициент сопротивления трения;

l_д.т - длина дымогарных труб;

d_д.т - внутренний диаметр дымогарных труб;

с_д.г - плотность дымовых газов при их средней температуре;

щ - скорость дымовых газов;

коэффициент местного сопротивления;

Для определения используем формулу Альгмуля применяемое для

турбулентного течения 8

(3.28)

В этой формуле =0,2 мм

Подставляя все значения в формулу получим:

Из "Справочника энергетика промышленных предприятий" подбираем тип электродвигателя А - 12-52-8, производительность 180 тыс.нм² /час, частота вращения n = 740 об/мин, мощность электродвигателя 750 об/мин.

Дымосос - центробежный вентилятор, только с массивными лопатками ротора. Производительность дымососа должна быть на 10 % больше полного объёма топочных дымовых газов, удаляемых из котла, с учётом температуры, а напор должен преодолеть гидравлическое сопротивление всего газового тракта (топки, газохода, экономайзера, воздухоподогревателя, борова, шибера, дымовой трубы) за вычетом самотяги дымовой трубы.

Подбор дымососа. Объемный расход дымовых газов (м³/с) определяют по количеству образующихся при сжигании топлива дымовых газов

(3.29)

где V_г.н - полный объем дымовых газов, м³/(м³ топлива);

B массовый расход топлива, м³/с;

t_тр=200 температура дымовых газов в дымовой трубе;

1,1 коэффициент запаса.

Полный объем дымовых газов определяется по формуле:

+ (3.30)

где объем трехатомных газов, м³/м³;

объем водяных паров, м³/м³;

d_г=19,4 г/м³ влагосодержание газообразного топлива;

V ⁰ теоретически необходимый для горения объем воздуха, м³/м³.

Тогда

(3.31)

Состав газообразного топлива:

CH₄=94,41 , С₂H₆=2,87,

C₃H₈=0,96, C₄H₁₀=0,48,

C₅H₁₂=0,3, N₂=6,5, CO₂=0,4.

По формуле (3.37) определяем теоретически необходимый для горения объем воздуха

V⁰=0,0476294,41+3,52,87+50,96+6,50,48+80,3=9,95 м³/м³.

По формуле (3.37) определяем объем дымовых газов

V_г.н.=0,01(0,8+94,41+22,87+30,96+40,48+50,3)+0,799,95+7,8/100+

+0,01294,41+32,87+40,96+50,48+60,3+0,12419,4+0,01619,95=

=10,958 м³/м³

По формуле (3.36) определяем объемный расход дымовых газов 8

Сечение газоходов, м²

где D=0,55 м - диаметр газохода,

Сумма коэффициентов местных сопротивлений:

- плавный поворот на 90 (2 шт.) =0,252=0,5;

- поворот на 90 через короб =2;

- выход в дымовую трубу =1,1

Потери напора в местных сопротивлениях, Па

(3.32)

где =0,813 кг/м³ - плотность дымовых газов при температуре t_тр=200 С

Тогда по формуле (3.39)

Высота дымовой трубы h=31,815 м.

Средняя скорость дымовых газов w=11,3 м/с.

Диаметр устья d=0,6 м.

Потеря напора на трение в дымовой трубе, Па

Сопротивление котлоагрегата dH_к=500 Па.

Самотяга в дымовой трубе, Па

(3.33)

где =1,16 кг/м³ - плотность воздуха при температуре t_р.о.= 28 C;

g=9,81 м²/с - ускорение свободного падения.

По формуле (3.33)

dH_сам=31,815(1.160,813)9,18=108,3 Па.

Линейное падение давления,Па

(3.34)

где - коэффициент гидравлического трения,

l=18,45 м - длина газохода.

Коэффициент гидравлического трения зависит от стенки газохода и режима движения дымовых газов (ламинарное или турбулентное).

Число Re определяется по формуле

Re = щD/v, (3.35)

где v=23,610^-6 м²/с - кинематическая вязкость дымовых газов 8

По формуле (3.42)

Re = 3,20,55/ (23,610^-6) = 0,7210⁵ ? 10⁴, следовательно по формуле Альтшуля 8

Определяем линейное падение давления по формуле (3.34)

dH_л = 0,8120,01918,45 = 2,8 Па.

Полное аэродинамическое сопротивление тракта продуктов сгорания, Па

dH = dH_м + dH_тр + dH_к + dH_л dH_сам=14,7+5,5+500+2,8- 108,3=414,7 Па.

Выбираем дымосос марки Д-20 с характеристиками:

производительность - 20010³ м³/ч;

полное давление - 550 Па;

мощность двигателя - 320 кВт;

частота вращения - 750 об/мин.

4. Уменьшение площади ширмового пароперегревателя

Данная реконструкция (спрямление скатов холодной воронки и опускание горелок на максимально низкое расстояние) не привела к желаемому результату .

Температура пара ширмового и потолочного пароперегревателя осталась достаточна высока(589 С). Площадь пароперегревателя осталась большой не смотря на увеличение паропроизводительности до 180 т/ч. Количество вырабатываемого пара не достаточно для нормального охлаждения змеевиков пароперегревателя. В связи с этим был проведен ряд расчетов для поиска оптимальной площади пароперегревате-ля. Конфигурация топки остается неизменной (скаты холодной воронки под углом 10, горелки опущены на отметку 8,9 м.).

Для облегчения расчетов воспользуемся программой «Тракт» разработанной ЦКБ «Энергоремонта». Расчеты проводились с различными коэффициентами ступенчатости =15,20 и 25 , а также с включенной схемой рециркуляции r = 10, 15 и 20. (Приложение Ж).

По результатам расчетов получается, что наиболее оптимальная площадь пароперегревателя равна 587 м² при работе на газе, а при включенной схеме рециркуляции (10) обеспечивается расчетная температура пара (температура пара за КПП-I снижается на 30 С, а температура за ширмами уменьшается на 17 С). Появляется запас по впрыскам позволяющий реализовать на котлах некоторый запас надежности работы котла при двухступенчатом сжигании газа.

Результаты теплового расчета по программе «Тракт» приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Расчетные параметры работы котла с различной величиной поверхности нагрева пароперегревателя.

Наименование параметров	Обозначение	Поверхность нагрева КПП
		Н=715 м2	Н=587 м2
1	2	3	4
Удельное тепловосприятие поверхностей нагрева ккал/кг: -ПП+КПП-I -ШПП -КПП-III -КПП-IV -суммарное пароперегревателя	Q1	84,75 74,05 33,91 35,18 227,86	76,58 74,33 34,13 35,17 220,21
1. Расход конденсата на впрыск, т/ч: - первый - второй - суммарный относительная доля расхода впрыск, %	d1 d2 ?di dотн.	13,2 10,1 23,3 14,65	10,0 9,5 19,5 12,19
2. Температура пара, С: - за КПП-I - за средними ширмами - за КПП-III	ti	412 475 533	387 445 515
3. Условная температура перегретого пара, С		615,1	555
4. Температура дымовых газов вверху топки, С	н''т	1079	1050

5. Электроснабжение и электропривод

5.1 Расчёт и выбор аппаратуры защиты

Выбор автоматического выключателя. Автоматические выключатели предназначены для защиты потребителей электрической энергии от коротких замыканий (электромагнитный расцепитель) и перегрузки (тепловой расцепитель).

Так как электромагнитный расцепитель срабатывает мгновенно, то для исключения ложного срабатывания должно соблюдаться условие

I_{сраб.расц}1,25I_max, (5.1)

где I_{сраб.расц.}=I_н.расцk_сраб,

k_сраб - кратность срабатывания электромагнитного расцепителя, зависящая от условий пуска электродвигателя;

I_{сраб.расц.} - ток срабатывания расцепителя,A;

I_max - максимальный или пусковой ток в линии.

Также необходимо соблюдений условий:

I_н.автI_р, (5.2)

I_н.расцI_р, (5.3)

где I_н.авт - номинальный ток автомата, А;

I_н.расц - номинальный ток расцепителя, А;

I_р - рабочий ток в линии, А.

Так мощность вобранного двигателя P_дв = 3 кВт, то найдем ток в питающей линии

I_p = = = 5,38 A, (5.4)

где U_л - линейное напряжение, В;

КПД двигателя.

Рассчитываем ток срабатывания расцепителя

I_{сраб.расц} = 1,2575,38 = 47,07 A, (5.5)

По условию 1,2 и 3 выбираем автоматический выключатель АП50 с I_н.авт=50 A и I_н.расц = 8 A.

Так как двигатель располагается во взрывоопасной зоне класса В-IIа (то есть зоны, где взрывоопасные концентрации образуются только в результате аварии), поэтому, согласно ПУЭ, выбираем исполнение автомата IP54.

5.2 Выбор теплового реле и магнитного пускателя

Тепловые реле должны быть правильно выбраны, установлены и отрегулированы, иначе будут давать ложные отключения или не защищать при перегрузках. Наиболее распространенными являются тепловые реле РТ, ТРП, ТРН, которые устанавливаются в защищенном кожухе магнитного пускателя.

При длительном режиме работы или редких включениях двигателя номинальный ток нагревательного элемента реле I_н.э. выбирают, исходя из номинального или рабочего тока двигателя

I_н.э.I_р, (5.6)

Таким образом, согласно 10 выбираем тепловое реле ТРН-8 (I_н.э.=5 А) и магнитным пускатель ПМЕ-111 (I_{ном.пуск}= 10 A).

5.3 Выбор предохранителя

Защита плавкими предохранителями является широко распространенной

благодаря простоте, дешевизне и надежности отключения при коротких замыканиях. Плавкие вставки предохранителя выбирают по двум условиям:

I_в ? I_р, (5.7)

I_в ? , (5.8)

где I_в - ток плавкой вставки, A;

Так как предохранитель в нашем случае защищает цепь управления двигателем, а не питания, то достаточно использовать условие (5.7). Ток в цепи управления с двумя магнитными пускателями находится в пределах I_р.упр = (1-2) А, тогда выбираем предохранитель ПП21 с номинальным током плавкой вставки I_в = 2А.

5.4 Выбор питающих проводов и кабелей

При относительно небольшой длине, расчет кабелей по допустимому нагреву является определяющим. Нагрев изолированных проводов не должен быть выше определенного предела, так как изоляция при сильном нагреве быстро стареет и теряет изоляционные свойства.

Сила тока, при котором установившаяся температура кабеля соответствует нормам, называется допустимой длительной токовой нагрузкой провода.

Выбор кабеля по этому методу осуществляется в зависимости от токовой нагрузки, материала изоляции, количества жил и способа прокладки.

Согласно ПУЭ во взрывоопасных зонах В-IIа допускается применение проводов и кабелей с алюминиевыми жилами. Тогда по таблице [1] выбираем сечение жилы 0,5 мм² и провод марки АПВ проложенный открыто в воздухе.

Принципиальная электрическая схема управления электродвигателем дутьевого вентилятора.

Работа схемы осуществляется следующим образом. При включении автоматического выключателя QF и переводе ключа пакетного переключателя SA1 в положение 6, питание подается на катушку промежуточного реле К. При этом замыкается его нормально-разомкнутый контакт и подает питание на катушку магнитного пускателя КМ. В тоже время размыкается нормально-замкнутый контакт К в цепи световой и звуковой сигнализации.

При прохождении тока через катушку магнитного пускателя КМ, замыкаются его силовые контакты, что приводит к запуску электродвигателя дутьевого вентилятора.

Положение 6 рукоятки ключа SA1 не является фиксированным, поэтому при прекращении воздействия на нее она автоматически устанавливается в положение 5, а питание катушки К осуществляется через нормально-разомкнутый контакт КМ.

В случае перегрузки двигателя, срабатывает тепловое реле КК и размыкает свой контакт. При этом обесточивается катушка магнитного пускателя КМ, что приводит к размыканию нормально-разомкнутого контакта КМ. Катушка К также обесточивается и замыкаются ее нормально-замкнутые контакты. В этот момент срабатывает звуковая и световая сигнализация.

Нормальный останов двигателя осуществляется поворотом рукоятки ключа SA1 против часовой стрелки до положения 1.

Подбор электродвигателя для дутьевого вентилятора:

Исходные данные для дутьевого вентилятора:

- производительность Q = 52000 м³/час;

- частота вращения двигателя 1500об/мин;

- мощность электродвигателя 250 кВт.

Выбираем стандартный электродвигатель АИР112М2 [20] со следующими параметрами:

- номинальная мощность Р_н = 300 кВт;

- частота вращения n =2950 об/мин;

- К.П.Д. двигателя = 85 %;

- коэффициент мощности cos = 0,8.

1) Силу тока для двигателя определяем по формуле (5.1)

А.

А

Согласно полученным данным выбираем автоматический выключатель марки ВР32. =200 А

2) Выбираем магнитный пускатель типа ПМЕ - 2000. А. Тип теплового реле - ТРН - 10.

3) Определяем номинальный ток плавкой вставки в цепи управления по формуле (5.2) :

I_н.п. = 1,1• 16,8 = 18,5 А.

Выбираем предохранитель с номинальным током предохранителя I_н.п = 50 А.

4) Сечение кабеля выбираем по допустимому длительному нагреву, исходя из условий (5.3):

А.

Выбираем кабель марки АВВГ 4х16.

6. Контрольно-измерительные приборы и автоматика

Надежная, экономическая и безопасная работа горелки может осуществляться только при наличии автоматического регулирования и управления технологическими процессами, сигнализации и защиты оборудования.

Данное описание предназначено для изучения системы управления горелками энергетического котла.

Совместно с данным описанием необходимо дополнительно пользоваться проектной документацией, техническим описанием верхнего уровня управления (компьютерного поста управления) «Компьютерная информационно-управляющая система», а также техническими описаниями примененного в системе оборудования.

Полный объем перечисленных документов совместно с данным описанием служит основанием для разработки оперативных инструкций по обслуживанию системы, которые составляются соответствующими службами потребителя.

6.1 Назначение

Система предназначена для автоматизации газовой части горелок котла работающего на газо-мазутном (газо-пылевом) топливе.

Система рассчитана на реконструкцию газопровода котла с применением газовых блоков БГ-8. Реконструкция заключается в замене двух задвижек перед каждой горелкой на газовый блок, установке перед каждой горелкой (при отсутствии) шибера для управления расходом воздуха и обеспечении управления этим оборудованием реализованного на серийных программно-технических средствах. При этом предполагается что, сохраняются все существующие схемы защит, блокировок и авторегуляторы для согласования функций защит и блокировок предполагается обмен информацией (командами на базе контактов) между новыми средствами управления и существующими схемами защит.

Серийные программно-технические средства (ПТС), примененные в системе, позволяют реализовать следующие функции:

1)запрет розжига первой горелки при отсутствии информации «Вентиляция проведена» из существующих схем защит и блокировок;

автоматический (от нажатия пусковой кнопки) и местный (ручной) розжиг газовой части горелки;

автоматическое отключение горелки при нарушении технологического процесса при ее розжиге или работе;

автоматическое отключение всех горелок (по команде из существующих схем защит) при нарушении технологического процесса работы котла;

автоматическое отключение или снижение мощности части горелок по команде «Разгрузка» из существующих схем защит;

автоматическое дистанционное и местное управление мощностью каждой газовой горелки индивидуально;

автоматическое, дистанционное и местное регулирование соотношения давлений «газ - воздух» перед каждой горелкой индивидуально;

автоматическое и дистанционное регулирование заданного давления газа в газопроводе котла (перед газовыми блоками);

автоматическое и дистанционное регулирование заданного давления воздуха в воздуховоде котла;

дистанционное управление нагрузкой котла;

измерение и регистрацию технологических параметров (давление газа, давление воздуха) каждой горелки;

регистрацию, во времени, событий (плановых отключений горелок, аварийных отключений с указанием причины отключения и т.п.) протекающего технологического процесса;

13)отображение технологического процесса работы горелок на мнемосхемах (положение регулирующих органов, положение арматуры газовых блоков и т.п.).

Газовый блок БГ8 - техническое средство для управления подачей газа к горелке. Обеспечивает возможность безопасного розжига/отключения горелки при дистанционном и автоматическом управлении устанавливается непосредственно у горелки, включает в свой состав:

два клапана-отсекателя (ПЗК-1 и ПЗК-2) с электроприводом обеспечивающие подачу/отключение газа к горелке;

клапан безопасности: электромагнитный клапан, обеспечивающий соединение с атмосферой межклапанного пространства (объем газопровода между клапанами (ПЗК-1 и ПЗК-2) при закрытом состоянии клапанов;

клапан запальника (электромагнитный клапан, обеспечивающий управление подачей газа к запальнику);

клапан опрессовки (электромагнитный клапан, в комплекте с калибровочным дросселем и электроконтактным манометром обеспечивают возможность дистанционной/автоматической проверки плотности арматуры газового блока);

5)регулирующую заслонку с электроприводом обеспечивающую управление расходом газа через горелку.

6.2 Структурная схема системы

Структурная схема системы представлена на рис. 1 (Приложение А) Горелочное оборудование - комплект датчиков, приборов, электрифицированной арматуры (в том числе арматура газовых блоков БГ8), позволяющий дистанционно и по месту управлять горелкой, дистанционно и по месту контролировать ее работу. Объем комплекта определяется требованиями.

Шкаф УСО1 серийное программное средство управления

Устанавливается непосредственно около горелки. Обеспечивает управление горелкой по месту (является индивидуальным постом управления горелкой). Кроме того, обеспечивает дистанционное и автоматическое управление горелкой: осуществляет сбор дискретной и аналоговой информации с горелочного оборудования, преобразует ее в цифровой код и передает на шкаф управления ЦШУГ по каналу RS485, принимает команды управления со шкафа ЦШУГ, преобразует и распределяет эти команды по электрооборудованию горелки.

Объем и распределение входной информации нормированы применяемым программным обеспечением.

Объем и распределение управляющих (выходных) сигналов нормированы применяемым программным обеспечением.

Шкаф ЦШУГ-серийное программное средство управления. Устанавливается вне оперативной зоны. Ориентируясь на команды оператора и информацию с горелочного оборудования, осуществляет управление технологическим процессом работы горелок.

Управление осуществляется по алгоритму. Рабочее место машиниста -компьютерный пост управления, программно-технические средства (ПТС) которого, обеспечивают регистрацию технологического процесса во времени (регистрацию аналоговых сигналов, событий и т.п.), а также отображение текущего состояния процесса на мнемосхемах.

Кроме того, ПТС реализуют функции органов управления (кнопок, ключей и т.п.) позволяющие управлять работой горелок, а также произвести настройку программных регуляторов системы. Устанавливается в оперативной зоне, является основным постом управления горелками. Дополнительное шкафное оборудование - шкафы и пульты, которые разработаны на стадии проектирования для размещения оборудования схем питания, схем управления электродвигателями исполнительных механизмов, приборов контроля пламени и т.п.

6.3 Устройство

Общее представление об устройстве системы дает структурная схема. Более подробное устройство системы представлено в проектной документации. С устройством и работой примененного в системе оборудования необходимо знакомится по соответствующим техническим описаниям.

Ниже представлено краткое описание основных элементов, входящих в состав системы.

Управляющий контроллер. Управляющий контроллер является основным элементом шкафа ЦШУГ. Именно он осуществляет логическое управление горелками, авторегулирование и именно через него передаются команды оператора при дистанционном управлении регулирующими органами. Он построен по принципам, обеспечивающим высокую «живучесть» системы управления: выход из строя любого блока контроллера может привести (но не обязательно приведет) к отключению только одной горелки. Управляющие функции осуществляет по информационной сети (каналы RS-- 485).

6.4 Регуляторы

Функционально все регуляторы построены по одному принципу: управление регулирующим органом осуществляется или с ключей прямого доступа (механических переключателей) или через программные средства управления. Управление через программные средства возможно только при условии, что механический переключатель режимов установлен в положение «А» (рис 2 «Структурная схема регуляторов системы управления») (Приложение Б).

Управление регулирующим органом через программные средства осуществляется или в режиме логического управления (в процессе розжига/отключения горелки управление осуществляет контроллер по заданному программно алгоритму) или в режиме авторегулирования (управление осуществляет контроллер по алгоритму программного регулятора) или в режиме дистанционного управления (команды машиниста «болыпе»/«меныпе», которые он подает кнопками функциональной клавиатуры, передаются на контроллер и, соответственно, на регулирующий орган).

В состав системы автоматического регулирования входят следующие регуляторы:

1) индивидуальные горелочные заслонки включены в единую следящую систему «давление газа ведущей горелки - давление газа ведомой горелки». Ведущей может быть назначена любая из работающих горелок. Изменение нагрузки ведущей горелки приводит к изменению нагрузки остальных работающих горелок, если установлен автоматический режим управления газовыми заслонками этих горелок. Назначение ведущей горелки и выбор режима работы («авт»/«руч») ведомых горелок осуществляется кнопками функциональной клавиатуры компьютерного поста управления;

регулирование соотношения «давление газа перед горелкой - давление воздуха перед горелкой» осуществляется индивидуальными горелочными регуляторами;

на базе общей заслонки котлового газопровода построен регулятор давления газа перед газовыми блоками, который используется на стадии растопки котла.

Органы управления и индикации шкафа УСО1. Органы управления и индикации шкафа УСО1 не используются в режиме штатной эксплуатации, но необходимы при проведении наладочных работ или при поиске неисправностей (позволяют быстро проверить работоспособность цепей управления и информационных цепей).

Органы управления шкафа УСО 1 позволяют управлять горелкой по месту как в ручном режиме управления так и в режиме автоматического розжига. Органы управления и индикации шкафа УСО1 расположены на двери шкафа под герметично закрытой металлической крышкой с болтовым креплением.

светоиндикаторы (3-8 шт.) зеленого цвета (на рисунке черного цвета) отображают состояние (наличие/отсутствие) дискретных входных сигналов, поступающих с горелочного оборудования;

светоиндикаторы (3-8 шт.) красного цвета (на рисунке белого цвета) отображают состояние (наличие/отсутствие) управляющих выходных сигналов, передаваемых на горелочное оборудование;

3)кнопки «Розжиг» и «Останов» предназначены для автоматического розжига или отключения горелки (подача команд «пуск горелки» и «отключение горелки»). Использование этих кнопок целесообразно, если необходимо наблюдать процесс автоматического розжига или отключения горелки по месту;

4)тумблеры, расположенные над кнопками, предназначены для ручного управления по месту горелочным оборудованием с соответствующими названиями: при среднем положении тумблера элемент не управляем, при положении «Ручн.» элемент включен, а при положении «Авт.» элемент управляется программными средствами (по сети, контроллером шкафа ЦШУГ);

5)две пары тумблеров расположенные под кнопками реализуют функцию управления по месту расходом газа и расходом воздуха на горелку (ключи прямого доступа для управления заслонкой газа и шибером воздуха, см. рис. 2 (Приложение А).

Один тумблер (в паре) предназначен для выбора режима («Ручн.»/«Авт.»), другой для ручного управления по месту («Больше»/«Меньше»): если первый в положении «Ручн.», то осуществляется прямое (безучастия программных средств) воздействие второго тумблера на реверсивный пускатель. Если же первый в положении то управление пускателем осуществляется по сети контроллером шкафа ЦШУГ: или авторегулятором или дистанционно оператором (со средств компьютерного поста управления);

6) тумблер «Поддержка ПЗК» позволяет изменить режим управления клапаном (с «Авт.» на «Ручн.» и наоборот) без отключения горелки: на время переключения режима управления клапаном (ПЗК-1 или ПЗК-2) тумблер удерживать в соответствующем положении («Поддержка ПЗК-1» или «Поддержка ПЗК-2»). Кроме того на электронных блоках внутри шкафа расположены светоиндикаторы, характеризующие работоспособность этих блоков. Компьютерный пост управления («Рабочее место машиниста») Информационная часть поста управления

На монитор компьютера можно выводить один из следующих элементов: мнемосхему котла, мнемосхему одной из горелок, окно настройки регуляторов, окно просмотра диаграмм изменения регистрируемых параметров, окно просмотра протокола событий и т.п.

Просмотр диаграмм возможен в двух режимах: в режиме «график» и в режиме «регистратор».

В режиме «регистратор» выводятся диаграммы состояния технологических параметров (до 4-х параметров одновременно) в диапазоне одной минуты от текущего момента, смена отображения событий производится с дискретностью одна секунда. Режим удобен для наблюдения переходного процесса во время наладки и испытания регуляторов.

Командно-управляющая часть поста управления. Для управления технологическим процессом, выбора того или иного информационного окна и т.п., применяется функциональная клавиатура. Клавиатура имеет кнопки подачи команд на розжиг и отключение горелок, кнопки выбора режима («авт»/«руч») работы регуляторов и кнопки дистанционного управления (больше/меньше) регулирующими органами, кнопки выбора окна настроек регуляторов и опций, кнопки блокирования функции защиты («вывод»/«ввод» защиты) по тому или иному параметру и т.п. Кроме того, клавиатура имеет кнопки выбора информационного окна (мнемосхема котла или горелки, «графики» или «регистраторы», и т.п.), кнопки вывода информации в печать и т.п.

6.5 Функции защит и блокировок

Функции защит и блокировок при работе котла на газовом топливе реализуются совместными средствами: средствами существующих схем защит, блокировок (которые остаются в полном объеме) и средствами новой системы. Взаимодействие осуществляется путем обмена информацией (на уровне сигналов типа «сухой контакт») между ними. Из существующих схем выдаются сигналы: «Вентиляция проведена», «Снижение нагрузки», «Авария на котле», «Введена защита по общему факелу». В существующие схемы выдаются сигналы: «Не воспламенение», «Аварийный и предупредительный сигналы о нарушениях технологического процесса на горелках и отказах оборудования ПТК». Сигнал «Вентиляция проведена» используется для разрешения розжига первой горелки. Для розжига последующих горелок его наличие необязательно. По сигналу «Снижение нагрузки» производится отключение или снижение мощности части горелок. Выбор горелок и воздействие (отключение их или снижение мощности) осуществляется соответствующими опциями.