- •1. Классификация и типы паровых котлов.
- •1.1. Паровой котел. Общее устройство и определения.
- •3.3. Общие технические характеристики топлив.
- •3.5.1. Характеристики твердого топлива.
- •3.5.2. Характеристики мазута.
- •3.5.3. Характеристики природного газа.
- •3.6.1. Размолоспособность топлива.
- •3.6.2. Тонкость размола пыли.
- •3.6.3. Затраты энергии на размол топлива.
- •3.6.4. Характеристика угольной пыли.
- •4.1. Основы кинетики химических реакций.
- •4.2.1. Горение газового топлива
- •4.2.2. Горение твердого топлива.
- •4.2.3. Горение жидкого топлива.
- •4.3. Развитие и воспламенение топливно-воздушной струи в топочном объеме.
- •4.4. Продукты сгорания топлива.
- •5.1. Введение.
- •5.2. Топочные камеры и горелки для сжигания твердых топлив.
- •5.3. Газомазутные топки и горелки.
- •6. Эффективность работы и основы теплового расчета котла.
- •6.1. Общее уравнение теплового баланса котла.
- •6.2. Коэффициент полезного действия парового котла и котельной установки.
- •6.3.1. Потери теплоты с уходящими газами.
- •6.3.2. Потери теплоты с химическим недожогом топлива.
- •6.3.3. Потери теплоты с механическим недожогом топлива.
- •6.3.4. Потери теплоты от наружного охлаждения.
- •6.3.5. Потери с физической теплотой удаляемых шлаков.
- •6.3.6. Оптимизация показателей работы парового котла по сумме тепловых потерь.
- •7. Эксплуатация паровых котлов.
- •7.1. Эксплуатационные режимы паровых котлов.
- •7.2. Статические характеристики парового котла в нерасчетных режимах работы.
- •7.3. Переходные процессы в котле при изменении нагрузки.
- •7.4.Регулирование температуры пара.
- •7.4.1. Методы парового регулирования температуры пара.
- •7.4.2. Методы газового регулирования.
- •7.5. Загрязнения и абразивный износ конвективных поверхностей нагрева.
- •7.6.1. Высокотемпературная коррозия.
- •7.6.2. Низкотемпературная коррозия.
- •7.7. Сокращение вредных выбросов в окружающую среду.
- •8.Характеристики и виды движения водного теплоносителя в паровых котлах
- •8.1.Водный теплоноситель в паровых котлах и его физико-химические характеристики.
- •8.2 Общие уравнения движения жидкости в трубах.
- •8.2.1.Уравнения неразрывности, движения, энергии и состояния жидкости.
- •8.2.2.Уравнение движения однофазного потока в трубах.
- •8.2.3.Уравнение движения двухфазного потока в трубах.
- •8.3.Режимы течения двухфазного потока.
- •8.4.Перепад давления при движении рабочей среды в трубе.
- •8.5.Виды движения жидкости.
- •9.Гидродинамика водного теплоносителя в паровых котлах.
- •9.1.Гидродинамика водного теплоносителя в поверхностях с принудительным движением.
- •9.1.1.Теплогидравлические характеристики поверхностей нагрева парового котла.
- •9.1.2.Гидравлическая характеристика горизонтальных одиночных труб.
- •9.1.3.Гидравлические характеристики вертикальных одиночных труб.
- •9.1.4.Гидравлические характеристики системы труб парового котла.
- •9.1.5.Гидравлическая разверка в системе труб парового котла.
- •9.1.6.Пульсация потока в системах труб парового котла.
- •9.2.Гидродинамика водного теплоносителя при естественной циркуляции.
- •9.2.1.Движущий и полезный напоры контура циркуляции.
- •9.2.2.Гидравлические характеристики контура циркуляции.
- •9.2.3.Расчет контуров циркуляции.
- •9.2.4.Показатели надежности работы контура циркуляции.
- •9.3. Организация сепарации влаги и пара в барабанных котлах.
- •9.3.1.Барабан - сепарационное устройство барабанного котла.
- •9.3.2.Гидродинамические процессы в барабане парового котла.
- •10. Температурный режим поверхностей нагрева паровых котлов.
- •10.1.Металл паровых котлов.
- •10.2.Расчет температурного режима обогреваемых труб парового котла.
- •10.3.Условия теплообмена на стенке прямолинейной части трубы парового котла.
- •10.3.1.Теплообмен при докритическом давлении водного теплоносителя.
- •10.3.2.Теплообмен при сверхкритическом давлении водного теплоносителя.
- •10.4.Особенности температурного режима горизонтальных труб, криволинейных труб и каналов и газоплотных экранов.
- •10.5.Влияние внутритрубных отложений на температурный режим обогреваемых труб парового котла.
- •11.Физико-химические процессы в пароводяном тракте парового котла.
- •11.1.Материальный баланс примесей в пароводяном тракте парового котла.
- •11.2.Коррозия металла в пароводяном тракте парового котла.
- •11.3.Растворимость примесей в водном теплоносителе.
- •11.4.Переход примесей из воды в насыщенный пар.
- •11.5.Внутритрубные отложения примесей водного теплоносителя.
- •11.6.Образование отложений примесей в пароводяном тракте прямоточного котла.
- •11.7.Образование отложений примесей в пароводяном тракте барабанного котла.
- •11.7.1.Удаление примесей с непрерывной продувкой воды из водяного тракта барабанного котла.
- •11.7.2.Организация ступенчатого испарения в барабанном котле.
- •12.Водно-химические режимы паровых котлов.
- •12.1.Водно-химические режимы и нормы качества пара и питательной воды.
- •12.2.Водно-химические режимы прямоточных котлов.
- •12.3.Водно-химические режимы барабанных котлов.
- •12.4.Влияние внутрибарабанных устройств на качество котловой воды и насыщенного пара.
- •12.5.Химические очистки паровых котлов.
- •12.6.Консервация паровых котлов.
7.7. Сокращение вредных выбросов в окружающую среду.
Снижение загрязнения окружающей среды при работе электростанций является важной экологической задачей. Ряд вредных веществ образуется в процессе сжигания топлива в котле, и их выброс с продуктами сгорания можно значительно сократить путем правильного выбора режимных методов сжигания топлива. К числу таких веществ относятся оксиды азота, полициклические углеводороды, включая бенз(а)пирены, и триоксид серы. Основными методами подавления образования оксидов азота в топках котлов являются: 1) уменьшение избытка воздуха в зоне горения до минимального по условиям полного сгорания топлива; 2) применение ступенчатого сжигания топлива, при котором в одну группу горелок ( в нижний ярус или в горелки одной стены топки) подается основная масса топлива при избытке воздуха меньше единицы, а в другую группу (верхний ярус горелок или противоположную группу горелок) поступает остаток топлива и воздуха со значением α > 1; 3) рециркуляция дымовых газов с температурой 350…400°С в топку, что обеспечивает снижение температурного уровня в зоне горения и уменьшение концентрации горючих веществ и окислителя за счет разведения горючей смеси инертными газами; 4) ввод в зоны активного образования оксидов азота струи пара или воды для локального снижения уровня температуры и создания химических реакций, препятствующих образованию вредных соединений; 5) создание горелок двухступенчатого сжигания с обеспечением временного недостатка воздуха в зоне начального образования оксидов азота.
Рис. 7.26. Зависимость образования оксидов азота от определяющих параметров: а - от избытка воздуха в зоне горения; б - при двухступенчатом сжигании: 1 - одноступенчатое сжигание; 2 - двухступенчатое сжигание; α - избыток воздуха в зоне горения; в - от рециркуляции газов: 1 - при смешении газов с горячим воздухом перед горелкой; 2 - при вводе газов в каналы горелки; 3 - при вводе газов соплами под горелки.
Характерная зависимость концентрации оксидов азота в газах от избытка воздуха в зоне горения при сжигании природного газа показана на рис. 7.26, а. Приближение избытка воздуха к единице обеспечивает низкий уровень выхода NОX, но при этом в топке происходит неполное сгорание топлива и, что особенно опасно, резко растет концентрация бенз(а)пирена. Переход на значительный избыток воздуха также ведет к снижению выхода NОXза счет снижения температурного уровня реакций, но эксплуатация котлов с такими высокими избытками воздуха не экономична.
Более эффективным способом снижения входа NОXявляется ступенчатое сжигание. На рис. 7.26, б показан пример снижения выхода NОXпри сжигании твердого топлива (каменного угля) и переходе с одноступенчатого на двухступенчатое сжигание, с использованием двухъярусного расположения горелок. В первой ступени сжигания обеспечивается избыток воздуха α = 0,75…0,85, при этом не происходит полного сгорания топлива. Кроме снижения уровня температуры в зоне горения здесь создаются условия для восстановления оксидов азота при их контакте с раскаленным углеродом или промежуточными продуктами при нехватке кислорода:
7.31 |
В результате выход NОXв первой зоне резко сокращается. Во второй зоне при значительном избытке воздуха температура газов не достигает уровня активного образования термических оксидов, а выход топливных оксидов низок из-за малого количества догорающего топлива.
Организация рециркуляции газов в топку показана на рис. 7.16. Влияние рециркуляции наиболее значительно при вводе продуктов сгорания в воздуховоды перед горелками, когда газы рециркуляции в смеси с горячим воздухом поступают в топку (рис. 7.26, в). Необходимо отметить, что наибольший эффект снижения концентрации NОXв продуктах сгорания достигается при доле рециркуляции rРЦ= 0,2…0,3.
Дальнейшее увеличение rРЦпри сжигании газа и мазута ведет к затягиванию горения и появлению недожога топлива, а также заметному росту затрат энергии на перекачку газов (при сжигании твердых топлив размер рециркуляции еще более ограничен). К тому же максимальное подавление образования NОXтребуется при номинальной или близкой к ней нагрузке, когда ввод заметного количества газов рециркуляции сильно увеличивает скорость газов и аэродинамическое сопротивление газового тракта.
Частичный эффект снижения образования NОXсоздают горелки двухступенчатого сжигания. Принцип работы горелок основан на том (рис. 7.27), что вторичный поток воздуха участвует в дожигании топлива на более поздней стадии. Таким образом, прогрев топлива, выход летучих и разложение сложных углеводородных соединений топлива происходит в зоне с α < 1. Это обеспечивает снижение образования топливных и быстрых NОXв начальной части факела и понижение максимальной температуры горения.
Рис. 7.27. Горелки двухступенчатого сжигания: а - для твердого топлива; б - для природного газа; 1 - ввод аэропыли; 2 - зона горения с α < 1; 3 - зона дожигания; 4 - завихривающие лопатки; 5 - газовая кольцевая камера; I, II, III - соответственно подача первичного, вторичного и третичного воздуха
Наиболее глубокое подавление выброса оксидов азота возможно при сочетании разных способов. Так, например, организация ступенчатого сжигания в топке может сопровождаться частичной рециркуляцией газов. При сжигании газа и мазута удачным является сочетание впрыска воды с рециркуляцией газов, причем при высокой нагрузке котла целесообразно использование впрыска воды в зону горения (0,5…0,6% от расхода перегретого пара), а при более низкой нагрузке - усиление рециркуляции газов. Конструктивно обеспечение впрыска воды значительно дешевле, чем рециркуляция газов, но при этом способе ниже КПД котла за счет увеличения потерь с уходящими газами (рост объема водяных паров в газах).
Примеры
Пример 1. Котел переведен на сжигание абразивного подмосковного бурого угля. Какой ожидается интенсивность износа металла труб пакета промежуточного пароперегревателя в верхней части конвективной шахты при характеристике пакета sВ1/d = 140/45 мм, средней скорости газов в пакете 7,8 м/с и температуре газов 750 °С?
Решение
Расчетный объем газов в пакете промперегревателя при αПЕ= 1,23 составляет. Концентрация золы в потоке газов по (7.20)
Примем tР= 6500 ч/год, коэффициент абразивности золы бурого угля а = 14,0 · 10-9, относительную износоустойчивость металла m = 0,7, коэффициенты km= 1,2 и kW= 1,25, значение R90= 45%. Тогда по (7.23) максимальная интенсивность износа составит
Как видно, интенсивность износа не превышает допустимой, что также следует из приведенных в §7.5 значений wИЗдля подмосковного бурого угля.
Пример 2.Сравнить скорость коррозии трубчатого и регенеративного воздухоподогревателей при сжигании сернистого мазута QРН= 39 МДж/кг, SР= 2% в одинаковых температурных и аэродинамических условиях.
Решение
Примем для топки αТ= 1,03. При этом на выходе из топки О2= 0,61 %, SП= 0,051%. Расчетная температура точки росы по (7.27)
Концентрация оксида серы SO3, в потоке газов по (7.26) при значении qV= 290 кВт/м3(котел ТГМП-324) и коэффициенте kПkТ= 2· 10-6:
Проверим значение tSРпо концентрации SO3в дымовых газах:
Тогда Расхождение значений – 0,90С. Расчетная минимальная температура металла воздухоподогревателяtминстпри значенияхt′вп= 300С и θух= 1300С:
Значения tМИНСТменьше tSР, что свидетельствует о коррозии поверхности.
Максимальная скорость коррозии KМАКСК, г/(м2· ч), при значении tSР= 94,2 °С составит
где m - поправочный коффициент, учитывающий условия работы поверхности; m = 1 для ТВП и m = 0,6 для РВП.
Значение KМАКСК= 3,5·(94,2/145)4= 0,62 г/(м2·ч) для ТВП и KМАКСК= 3,5∙0,6∙0,178 = 0,37 г/(м2∙ч) для РВП. Как видно, в случае применения РВП коррозия заметно слабее, но выше допустимого предела - 0,2 г/(м2· ч).