Реферат: Индивидуальное задание по изучению оборудования и процессов теплоэнергетических установок

Рис. 4. ВИХРЕВАЯ ГОРЕЛКА для сжигания смеси угольной пыли с воздухом.

Для эффективной работы топки необходима тяга. Под тягой понимается разность давлений, заставляющая воздух и топочные газы проходить через топку и связанные с ней устройства. Поскольку эта разность давлений мала, тягу обычно указывают в миллиметрах водяного столба (1 мм вод. ст. равен 9,8 Па).

Дымовая труба. Самое простое устройство для создания тяги - дымовая труба без какого-либо механического оборудования. Тягу, создаваемую такой дымовой трубой, называют естественной. Эта тяга обусловлена разностью давлений столба нагретого газа, находящегося внутри высокой трубы, и такого же столба более холодного наружного воздуха. Чтобы возникла тяга, нужно вначале создать небольшую разность давлений в нижней части трубы. После этого развивается полная тяга, которая ограничивается только трением газов о стенки. Чем уже труба, тем сильнее эффект трения. Поскольку при температуре ниже 150° C тяга, развиваемая дымовой трубой, едва достаточна для преодоления сил трения в ней, современные электростанции работают исключительно с принудительной тягой, создаваемой ротационными вентиляторами и воздуходувками. Расположенная ниже топки воздуходувка гонит воздух под давлением, необходимым для преодоления сопротивления системы подготовки топлива, воздухоподогревателя и горящего слоя или горелок. Установленный над котлом вытяжной вентилятор, засасывая поток еще не остывших газов, создает разность давлений, необходимую для поддержания быстрого течения газов через котел и все другие теплообменные устройства.

ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ

Пароперегреватель - это теплообменный аппарат, предназначенный для повышения температуры пара выше нормальной точки кипения. Высокотемпературный перегретый пар позволяет повысить экономичность паровых машин и турбин, так как потребление ими пара снижается примерно на 1% с увеличением перегрева на 5° C. Верхняя граница температуры определяется лишь нагревостойкостью механического оборудования и материалов. Крупные электростанции работают с температурами перегретого пара до 500° C. Пароперегреватель изготавливается из стальных труб, образующих поверхность нагрева для проходящего по ним пара. Насыщенный пар из котла входит в один конец трубы и нагревается до нужной выходной температуры теплом топочных газов, подводимым к ее наружной поверхности. Площадь поверхности нагрева пароперегревателей примерно вдвое меньше площади поверхности нагрева котла при умеренных температурах пара и вдвое больше - при высоких. Хотя пароперегреватель может быть выполнен в виде подключенного к котлу отдельного агрегата с собственной топкой, как правило, пароперегреватели встраивают в систему парогенератора. Встроенные пароперегреватели бывают двух видов: радиационные и конвекционные. Поверхность радиационного пароперегревателя, расположенного так, что он воспринимает лучистую теплоту из зоны горения в топке парогенератора, передает пару в 2-3 раза больше тепла, чем такая же поверхность конвекционного. Конвекционные пароперегреватели размещаются в высокотемпературных зонах газовых проходов котлов.

ПАРОГЕНЕРАТОР

Парогенератором обычно называют котел, снабженный отдельными агрегатами или полным набором такого оборудования, как пароперегреватели, экономайзеры, воздухоподогреватели, промежуточные пароперегреватели, а также вспомогательным оборудованием, необходимым для нормальной работы установки. Современная парогенераторная установка может иметь следующие значения рабочих параметров: паропроизводительность более 4500 т/ч, давление 28 МПа, температура 550° C, КПД 85%.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Водоподготовка. Вопросы водоподготовки имеют важнейшее значение для эксплуатации современных котлов и парогенераторов. Дело в том, что минеральные соли, содержащиеся в воде, образуют накипь в водяных трубах. По мере ее накопления ухудшается теплопередача от топочных газов к воде в трубах, что может закончиться их прогаром. Таким образом, неправильная подготовка воды может привести не только к снижению КПД, но и к аварии. Характер и степень необходимой химической очистки воды зависят от качества источников воды для питания котла. Для снижения содержания минеральных солей в питательную воду, как правило, добавляют какое-либо химическое вещество, например натриевый цеолит. Из питательной воды необходимо также удалять растворенный в ней кислород, так как он вызывает ржавление труб котла. Важное значение имеет периодическая проверка и очистка труб. Все эти меры по защите котла на стороне воды существенно удорожают очищенную питательную воду по сравнению с обычной водопроводной. Нельзя забывать и о защите котла со стороны факела. Для снижения риска выгорания труб котла их в наиболее уязвимых местах покрывают современными плавленолитыми огнеупорами. Обязательно ведется непрерывный контроль за накоплениями золы на наружных стенках, и ее периодически удаляют. Такой контроль на крупных электростанциях ведется централизованно из диспетчерских с помощью замкнутых телевизионных систем.

Управление. В систему управления парового котла входят устройства для включения и выключения горения топлива, задания и регулирования расходов топлива, воздуха и воды, для сбора и обработки данных обратной связи от турбин и устройств, управляющих производительностью котла. В прошлом многие из этих функций выполнялись вручную. Позднее для реализации некоторых из них были применены электронные схемы, сначала на электровакуумных, а затем на полупроводниковых приборах.

Современная компьютерная техника произвела переворот в управлении паровыми котлами, как и многими другими системами.

НЕКОТОРЫЕ ПАРОТЕПЛОВЫЕ АППАРАТЫ

Паровой аккумулятор. Паровой аккумулятор - это аппарат, который накапливает и сохраняет тепловую энергию пара, когда ее подвод превышает потребность в ней, и отдает ее позднее, когда в этом появляется необходимость. Он действует подобно маховику в механических системах. Аккумулятор устанавливается между двумя паровыми системами, в одной из которых рабочее давление больше, чем в другой, и накапливает тепло от системы с более высоким давлением, а в периоды пиковой нагрузки отдает его системе с меньшим давлением. Такая схема позволяет системе с более высоким давлением неизменно работать в оптимальном для парового котла режиме постоянного давления и постоянной нагрузки.

Сепаратор пара. Сепаратор пара удаляет жидкую фазу из влажного пара, проходящего по трубе, так что в паропотребляющий аппарат попадает только сухой пар. Влага может содержаться в потоке пара уже при его поступлении в трубу, но даже если подается сухой пар, он частично конденсируется в самой трубе, отдавая ей часть своего тепла. Жидкая фаза в потоке пара нежелательна потому, что она снижает эффективность теплоотдачи в паропотребляющем аппарате. Кроме того, резкое торможение или ускорение конденсата, накопившегося в какой-либо полости линии пара, может приводить к гидравлическому удару, способному вызвать повреждение клапанов и другого оборудования. Две типовые конструкции сепаратора пара схематически представлены на рис. 6.

Рис. 6. СЕПАРАТОРЫ ПАРА, устанавливаемые перед паропотребляющим аппаратом (слева - лабиринтный, справа - центробежный).

Конденсационные горшки. Конденсационные горшки - это автоматические клапаны для слива конденсата (а иногда и для выпуска воздуха) по мере его образования в замкнутых паровых объемах. Такое устройство действует как регулятор: закрываясь, оно предотвращает расходование пара и, открываясь, дает конденсату возможность выйти под давлением пара в конденсатоотводную линию. Конденсационные горшки бывают разных типов: механические (поплавковые), терморелейные и лабиринтные (диафрагменные).

Паровой калориметр. Паровой калориметр предназначен для определения массового паросодержания влажного пара. Массовое паросодержание такой смеси может изменяться от нуля (вода) до 100% (сухой пар). В этих пределах температура при данном давлении может быть одной и той же, так что одновременного измерения только температуры и давления недостаточно для определения паросодержания и других характеристик пара - удельного объема, энтропии и энтальпии. Паровой калориметр же позволяет определять паросодержание смеси, а тем самым и другие указанные характеристики. Это один из важнейших приборов для испытания и эксплуатации паровых машин и другого оборудования, работающего на неперегретом паре.

2. Определение КПД котла

Мгновенный КПД котла – это соотношение полезной мощности, сообщаемой греющему контуру, и мощности, потребляемой котлом (теплопотребление). Мгновенный КПД котла зависит от нескольких параметров: качества горелки, работы теплообменника, качества и чистоты сгорания, управления горелкой и изоляции котла. Современные жидкотопливные и газовые котлы имеют КПД от 92 до 95 %. Конденсационные котлы обеспечивают еще более высокий КПД (от 98 до 105%). Однако мгновенный кпд – не единственный параметр, по которому оценивается производительность котла. Лучший показатель энергопроизводительности котла – это годовая эксплуатационная эффективность, которая учитывает и систему отопления, и систему ГВС.

КПД отопительного котла

Коэффициентом полезного действия отопительного котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте отопительного котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД отопительного котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).

По разности выработанной и отпущенной теплот определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

В итоге КПД-брутто отопительного котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто — коммерческую экономичность. Для котельного агрегата КПД-брутто, %:

по уравнению прямого баланса:

ηбр = 100 Qпол / Qрр

где Qпол — количество полезно используемой теплоты, МДж/кг; Qрр — располагаемая теплота, МДж/кг;

по уравнению обратного баланса:

ηбр = 100 - (qу.г + qх.н + qн.о)