kursach (1)

 

Реферат

Курсовая работа

Стр. Таб. Рис. Ссылки

1. Тема работы: Топочные и горелочные устройства для сжигания газа и мазута

2. Цель работы: Изучить работу топочных и горелочных устройств для мазута и газа. Выяснить имеет ли смысл пользоваться топочными механизмами для глобальных промышленных целей

В работе расмотренны принципы работы топочных механизмов. Представлены схемы работы устройств. Представлены все виды устройств предназначенных для сжигания газа и мазута. Приводится описание устройства и принципа применения топочных и горелочных стройств

Ключевые слова

ФОРСУНКА, МАЗУТ, ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО, КОТЛЫ, ТОПЛИВО.

Основные сведения о топливе.

Топливом называются горючие вещества, которые сжигаются для получения тепла.

В соответствии с физическим состоянием топливо разделяют на твёрдое, жидкое и газообразное.

К твёрдому топливу относят древесину, торф, горючие сланцы и весь каменный уголь, который добывается.

К жидкому топливу в основном относят сырую нефть, различные нефтепродукты и мазут.

К газообразному топливу относят природный газ, а также различные промышленные газы: доменный, коксовый, генераторный и пр.

В зависимости от происхождения топливо разделяется на природное и искусственное.

Природным называют топливо в том виде, в котором оно было получено при добыче: каменный уголь, древесина, торф, сырая нефть, природный газ и др.

Искусственное топливо – это продукт, полученный при технологической переработке природного топлива. Например: кокс, брикеты, дизельное топливо, мазут, генераторный газ и др.

Топливо, которое по техническим и экономическим соображениям невыгодно перевозить на большие расстояния из-за его низкого качества, как правило, используют вблизи места добычи или получения, называется местным.

К высококачественному топливу относятся каменный уголь, антрациты, жидкое топливо и природный газ.

Все виды топлива состоят из горючей и негорючей частей.

К горючей части относятся: углерод, водород, углеводороды, а также сера, которая вредна для котлов и окружающего воздуха.

К негорючей части относятся кислород О2, азот N2, влага Н2О, и зола А. Влага и зола составляют внешний балласт топлива, а кислород и азот – внутренний

Топливо характеризуется рабочей, сухой и горючей массами.

Условия сжигания твёрдого топлива зависят от количества и свойств имеющихся в нём золы, влаги, количества летучих горючих веществ.

При сжигании жидкого топлива (мазута), имеющего высокую вязкость, одна из основных задач – распыление его на мелкие капельки.

Газовое топливо наиболее пригодное для смешивания его с воздухом, который необходим для горения, поскольку топливо и воздух находятся в одном агрегатном состоянии.

Физико-химические свойства природных газов.

Природные газы не имеют цвета, запаха и вкуса.

Основные показатели горючих газов, которые используются в котельных: состав, теплота сгорания, удельный вес, температура горения и воспламенения, границы взрываемости и скорость распространения пламени.

Природные газы сугубо газовых месторождений состоят в основном из метана (82…98%) и других углеводородов.

Теплота сгорания – это количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 м3 газа. Измеряется в ккал/м3. Различают высшую теплотусгорания Qв, когда учитывается тепло, затраченное на конденсацию водяных паров, которые находятся в дымовых газах и низшую Qн, когда это тепло не учитывается – ею пользуются при расчётах.

На практике используются газы с различной теплотой сгорания. Для уравнительной характеристики качества топлива используется так называемоеусловное топливо, за единицу которого берут 1 кг топлива, имеющего теплоту сгорания Qн = 7000 ккал/м3 (29300 кДж/кг).

Температурой горения называется максимальная температура, которая может быть достигнута при полном сгорании газа, если количество воздуха, необходимого для горения, точно отвечает химическим формулам горения, а начальная температура газа и воздуха равна 0.

Температура горения отдельных газов составляет 2000 - 2100ºС. Действительная температура горения в топках котлов ниже жаропродуктивности (1100 – 1400ºС) и зависит от условий сжигания.

Температура воспламенения – это минимальная начальная температура, при которой начинается горение. Для природного газа она составляет 645ºС.

Границы взрываемости. Газовоздушная смесь, в которой газа находится:

до 5% - не горит;

от 5 до 15% - взрывается;

больше 15% - горит при подаче воздуха.

Скорость распространения пламени для природного газа – 0,67 м/сек (метан СН4)

Горючие газы не имеют запаха. Для своевременного определения наличия их в воздухе, быстрого и точного определения мест утечки газ одорируют(дают запах). Для одоризации используют этилмеркоптан (С2Н5SН). Норма одоризации 16 г одоранта на 1000 м3 газа. Одоризация проводится на газораспределительных станциях (ГРС). При наличии в воздухе 1% природного газа должен ощущаться его запах.

Наличие в помещении более 20% газа вызывает удушье, скопление его в закрытом объёме от 5 до 15% может привести к взрыву газовоздушной смеси, при неполном сгорании выделяется угарный газ СО, который даже при небольшой концентрации (0,15%) – отравляющий.

Горение природного газа.

Горение – это реакция, при которой происходит преобразование химической энергии топлива в тепло.

Горение бывает полным и неполным. Полное горение происходит при достаточном количестве кислорода. Нехватка его вызывает неполное сгорание, при котором выделяется меньшее количество тепла, чем при полном, и окись углерода (СО), отравляюще действующая на обслуживающий персонал, образовывается сажа, оседающая на поверхности нагрева котла и увеличивающая потери тепла, что приводит к перерасходу топлива и снижению к.п.д. котла, загрязнению атмосферы.

Для сгорания 1 м3 метана нужно 10 м3 воздуха, в котором находится 2 м3 кислорода. Для полного сжигания природного газа воздух подают в топку с небольшим избытком. Отношение действительно израсходованного объёма воздуха Vд к теоретически необходимому Vт называется коэффициентом избытка воздуха  = Vд/Vт. Этот показатель зависит от конструкции газовой горелки и топки: чем они совершеннее тем меньше . Необходимо следить, чтобы коэффициент излишка воздуха не был меньше 1, так как это приводит к неполному сгоранию газа. Увеличение коэффициента избытка воздуха снижает к.п.д. котлоагрегата.

Полноту сгорания топлива можно определить с помощью газоанализатора и визуально – по цвету и характеру пламени:

прозрачно-голубоватое – сгорание полное;

красный или жёлтый – сгорание неполное.

Горение регулируется увеличением подачи воздуха в топку котла или уменьшением подачи газа. В этом процессе используется первичный (смешивается с газом в горелке – до горения) и вторичный (соединяется с газом или газовоздушной смесью в топке котла в процессе горения) воздух.

В котлах, оборудованных диффузионными горелками (без принудительной подачи воздуха), вторичный воздух под действием разряжения поступает в топку через поддувочные дверцы.

В котлах, оборудованных инжекционными горелками: первичный воздух поступает в горелку за счёт инжекции и регулируется регулировочной шайбой, а вторичный – через поддувочные дверцы.

В котлах со смесительными горелками первичный и вторичный воздух подаётся в горелку вентилятором и регулируется воздушными задвижками.

Нарушение соотношения между скоростью газовоздушной смеси на выходе из горелки и скоростью распространения пламени приводит к отрыву или проскакиванию пламени на горелках.

Если скорость газовоздушной смеси на выходе из горелки больше скорости распространения пламени – отрыв, а если меньше – проскок.

При отрыве и проскоке пламени обслуживающий персонал должен погасить котёл, провентилировать топку и газоходы и снова разжечь котёл.

Жидкое топливо и его характеристика.

Про жидкое топливо напишу коротко т.к. сам никогда с ним не сталкивался. Если кому-то это необходимо, возможно рассмотрение этого раздела более подробно.

Основным видом жидкого топлива, которое используется в котельных, служит топливный мазут – конечный продукт переработки нефти.

Основные характеристики мазутов: вязкость, температура застывания, вспышки и воспламенения, а также содержание серы.

Перед подачей на форсунки и сжиганием мазут нужно подогреть до температуры 80…120°С. До указанной температуры можно подогреть мазут, который находится под давлением в закрытых ёмкостях (трубы, змеевики

КЛАССИФИКАЦИИ ТОПОК

По способу сжигания топлива различают топки:

• Со слоевым сжиганием:

- Исторически первый способ

- Изначально было сжигание в неподвижном первом слое. Куски топлива забрасывались на решетку, через которую внизу пропускался воздушный поток. Много раз совершенствовалась.

-Сейчас используют топки:

1.C кипящим слоем (КС)

2. С циркулирующим кипящем слоем (ЦКС)

- Такая технология сжигания ограничивает единичную мощность котла, поэтому перешли к факельному сжиганию.

• С факельным сжиганием:

- Смысл способа в том, что сжигание осуществляется в объеме топки. Жидкое топливо форсунками распыляется на мелкие капли, а твердое топливо измельчается мельницами до пылевидного состояния, подается вместе с воздухом в топку и сжигается там во взвешенном состоянии. Т.к. поверхность пыли больше поверхности куска угля, то прогрев частиц, выход летучих и выгорание кокса происходит быстрее, а значит при одинаковой площади поперечного сечения топки факельный способ обеспечивает большую тепловую мощность.

- Твердотопливные факельные топки – это камерные топки.

- Разновидностью факельных топок являются вихревые топки.

• С вихревым сжиганием:

- В специальных закручивающих потоках сжигается не пыль, а дробленка (куски 5..10мм). Раньше этот способ сжигания считался эффективным, т.к. затраты на измельчение снижались, но сейчас применяется редко из-за сложности конструкции.

По конфигурации топочного объема различают:

• Открытые топки

- С ТШУ, ЖШУ, газо-мазутные.

- Все открытые топки имеют горизонтальное поперечное сечение в виде прямоугольника. Их называют топками призматического типа. В верхней части топки часто имеется аэродинамический выступ, служащий для улучшения аэродинамической картины на выходе из топки.

- В топках с ТШУ, в нижней части есть холодная воронка, экраны ее наклонены под углом ? = 54 C. Все экраны обычно открыты (обращены поверхностью труб внутрь топки).

- В топках с ЖШУ, экраны нижней части наклонены под углом ? = 15 C, и обычно вся нижняя часть экранов покрыта металлическими шипами, а поверхность шипов – карборундовой смазкой. Она необходима для уменьшения теплосъема в нижней части топки, повышения уровня температур и как следствие, для улучшения условий жидкого шлакоудаления. Шлак выходит из топок с ЖШУ через отверстия, которые называются летками (1, 2 по длине).

-В газо-мазутных топках или с ЖШУ нижняя наклонная часть называется подом. При сжигании газа, золы не образуется, а при сжигании мазута ее образуется очень мало, поэтому в газо-мазутных топках леток нет. При сжигании мазута значение величин падающих радиационных потоков в нижней части топки очень велики, поэтому под таких топок часто закладывается кирпичом. В котлах до критических давлений это позволяет избежать в экранах пода образования пароводяной смеси и ее расслоения.

• Полуоткрытые топки:

- С ЖШУ, газо-мазутные.

Двухкамерные, трехкамерные топки:

- С ЖШУ, реже газо-мазутные.

- Отличительным признаком двухкамерных топок является шлакоулавливающий пучок. Обычно это испарительная поверхность нагрева из труб большего диаметра, которые снаружи покрыты карборундовой обмазкой. Шлакоулавливающий пучок необходим для увеличения коэффициента шлакоудаления aшл (для двухкамерных топок aшл=0.4). Для этого пучка приходится использовать испарительную поверхность нагрева, т.к. он работает в зоне высоких температур (1500..1600 C) и его нужно охлаждать.

- Топка с горизонтальными циклонными предтопками формально является трехкамерной и первой камерой являются два горизонтальных циклонных предтопка. Они имеют сложную конструкцию и их стены экранированы змеевиками из спиральных труб. Эти змеевики ошипованы и покрыты обмазкой, а иногда и закрыты специальной кладкой. В циклоны тангенциально поступает воздух и топливо – воздушная смесь. Частицы топлива подаются здесь не в виде пыли, а в виде дробленки с размерами куска 5..10мм, поэтому при использовании таких топок системы пылеприготовления не нужны – получается экономия на размоле топлива. Вторая камера – это камера зажигания, в которой все экраны ошипованы и покрыты обмазкой. Т.к. температура ПВС в циклонах и камере дожигания очень высоки, то трудностей с выходом жидкого шлака нет, а коэффициент шлакоулавливания aшл=0.44..0.45, т.к. есть шлакоулавливающий пучок.

- На Черкасской ТЭЦ котлы БКЗ – 210 – 140 – 560 с такими топками. В эксплуатации они показали надежную работу жидкого шлакоудаления, но из-за высокого уровня температур герметичность в месте сопряжения циклонов с камерой дожигания часто нарушалась. Кроме того, выбросы вредных веществ на котлах с такими топками из-за высокого уровня температур тоже большие – было принято решение провести реконструкцию и оборудовать эти котлы полуоткрытыми топками с ЖШУ.

-Топка с вертикальными циклонными предтопками является двухкамерной, она обладает теме же «+» и «-», что и топка с горизонтальными циклонными предтопками.

-Из-за большой конструктивной сложности и плохих экологических показателей топочного процесса, топки с циклонными предтопками давно не производятся.

По способу компоновки горелок различают топки:

• С фронтальной компоновкой

-Горелки могут располагаться в 1..5 ярусов

• С встречной компоновкой

-Горелки могут располагаться в 1..5 ярусов

• Со встречно-смещенной компоновкой

-1..2 яруса

• С тангенциальной компоновкой

-Очень широко используется при твердом и жидком шлакоудалении. Оси горелок в ярусе расположены по касательной к условной окружности диаметром (зависит от шлакоудаления). Топка чаще всего близка к квадратной и . В ярусе может быть 4, 6, 8 горелок

-1..5 ярусов

• С подовой компоновкой (используется только на газо-мазутных топках)

• С потолочной компоновкой (в инвертных котлах)

• С L-образной компоновкой

Очень широко используются фронтальная, встречная и тангенциальная компоновка. Встречная и тангенциальная компоновки встречаются на котлах любой паропроизводительности при сжигании газа, мазута, и др. топлив с любым шлакоудалением. Фронтальная компоновка используется на котлах производительностью при сжигании газа, мазута и твердых топлив с ТШУ. Остальные виды встречаются редко.

zя – число ярусов, Sбок – боковой простенок, aт – ширина топки, bт – глубина топки, hяр – высота яруса, s – шаг

Экраны топок:

На котлах Е и Еп высокого давления используют в качестве испарительных экранов трубы диаметром 60х5 мм. Т.к. hш?15мм, то толщина обмазки составляет ?20мм. Шипы способствуют лучшему закреплению обмазки и отводу теплоты от обмазки к трубам.

Во всех современных котлах наружная теплоизоляция в заводских условиях наносится на наружную поверхность труб. Толщина тепловой изоляции , она не связана с каркасом котла. Она называется натрубной теплоизоляцией (обмуровкой). Экраны в топках подвешиваются за верхнюю часть к каркасу, а при переходе в рабочее состояние расширяются вниз.

На старых котлах встречается накаркасная обмуровка:

• Два слоя кирпича (огнеупорный и теплоизоляционный)

• Передает вес на каркас котла

• Предусматривает тепловые швы для компенсации расширений

• Трубы расширяются независимо от обмуровки