2. Выбор и тепловой расчет котлоагрегата.

2.1. Выбор типа и числа парогенераторов.

Паропроизводительность и число энергетических парогенераторов для тепловых электростанций, входящих в энергосистему, выбираются по потребности в паре и числу турбин.

Для промышленных ТЭЦ выбирают обычно теплофикационные агрегаты с начальными параметрами р₀=4 или 13 МПа и t₀=435 или 555 °C без промежуточного перегрева пара. Поэтому обычно на ТЭЦ с производственной нагрузкой применяют схемы с поперечными связями по острому пару и с резервным парогенератором. Для ТЭЦ, расположенных в энергосистеме, правило резерва требует, чтобы при выходе из работы одного самого мощного парогенератора остальные обеспечивали максимальный отпуск теплоты всем производственным потребителям. Таким образом, количество парогенераторов на промышленной ТЭЦ определяется прежде всего надежностью снабжения паром промышленных потребителей, для чего устанавливают и резервные парогенераторы.

Очень важным при проектировании ТЭЦ является выбор типа парогенератора. Обычно для промышленных ТЭЦ с большим производственным потреблением пара выбирают барабанные парогенераторы, как более гибкие и менее требовательные к качеству питательной воды. Эти преимущества особенно важны в условиях большой засоленности сырой воды, поступающей на химводоочистку, и большого невозврата конденсата пара от промышленных потребителей из-за загрязнений при смешении и потерь через неплотности теплообменных генераторов и при транспорте.

Исходя из выше сказанного и принимая во внимание пункт «1.1. Выбор типа устанавливаемого турбоагрегата» см. раздел «1. Выбор и тепловой расчет паровой турбины», выбираем тип парогенератора БКЗ-75-39-440 ФБ и количеством 3, с учетом установки одного резервного.

2.2. Описание и тепловой расчет предтопка для котлоагрегата

БКЗ-75-39-440 ФБ.

Так как на проектируемой ТЭЦ устанавливаются паровые котлы марки БКЗ-75-39-440 ФБ, предназначенные для сжигания фрезерного торфа и бурых углей, но реконструированные и переведенные на сжигание природного газа и мазута, то для сжигания лигнина в данном котлоагрегате устанавливаем специальную топку (предтопок), предварительно вырезав одну из горелок.

Топка для сжигания лигнина предназначена для работы с водогрейными и паровыми котлами. Топливо в топку подается скребковым питателем. В топливе не должно быть загрязнений (примесей), таких как земля, песок, камни, металлы и др. Земля и песок снижают долговечность топки, вызывают повышенный износ механизмов подачи топлива и удаления золы, значительно повышают зольность, наросты на выходе из топки топочных газов.

Попадание камней или металлических частей в механизмы подачи топлива, привода колосниковой решетки или удаления золы ведет к поломке механизмов.

Пространство топки под колосниковой решеткой разделено на три зоны:

1. зона сушки (для влажного топлива);

2. зона предварительного горения и газификации;

3. зона окончательного сгорания и сбора золы.

Эта технология сжигания с использованием первичного, вторичного и третичного воздуха (потоков) позволяет получить генераторный процесс горения газа. В топке можно сжигать измельченное древесное топливо (щепа, опилки, кора), торф, лигнин 45-65% влажности.

1. Тепловой расчет предтопка начнем с определения расхода топлива для котла БКЗ-75-39 ФБ исходя из уравнения теплового баланса, кг/ч

, (2.1)

где - паропроизводительность котлоагрегата, =75000 кг/ч,

([5], табл. 8.25, стр. 260);

- КПД котлоагрегата, =81%, ([5], табл. 8.25, стр. 260);

- низшая теплота сгорания топлива, =1567 ккал/кг [6565,7 кДж/кг], (Справка о качестве топлива);

- количества тепла, сообщенное в котле питательной воде при превращении ее в пар, отнесенное к 1 кг произведенного пара:

, (2.2)

где , , - соответственно энтальпии перегретого пара, питательной и котловой воды, =3315 кДж/кг, =614 кДж/кг, =1110,8 кДж/кг;

- процент непрерывной продувки, =3% ([6], стр. 49).

кДж/кг (2.3)

кг/ч.

Примем ориентировочное значение температуры уходящих газов за котлом 180 °C по рекомендации ([7], табл. 1.34, стр. 69).

2. Определим величину топочного объема по формуле

([6], табл. 7-3, ф.73), м³

, (2.4)

где - тепловое напряжение топочного пространства,

=350·10³ ккал/м³·ч [407,05 Вт/м³], ([6], табл. 7-1, стр. 74).

м³.

3. Определим площадь колосниковой решетки (зеркала горения) по формуле

([6], ф. 7-2, стр. 73), м²

, (2.5)

где - тепловое напряжение площади колосниковой решетки (зеркала горения), =4000·10³ ккал/м²·ч [4652 Вт/м²], ([6], табл. 7-1, стр. 74).

м².

4. Температура выходящих продуктов горения из предтопка 1000 °C (Паспорт и инструкция по эксплуатации топки DG).

5. Исходные данные для теплового расчета предтопка приведены в таблице 2.3.1.

Таблица 2.2.1

Исходные данные

Наименование		Обозначение	Размерность	Расчётная формула, способ определения		Величина
1		2	3	4		5
Производительность		D	т/час	Задано		75
Давление пара в барабане		Pб	МПа	- « -		4,4
Давление пара за задвижкой		Р	- « -	- « -		4,0
Температура питательной воды		tпв	°C	Теххарактеристика котла		104
Теплосодержание питательной воды		hпв	- « -	По Н-υ табл.		104,3
Температура насыщения	tкип		ºС		Теххарактеристика котла	255
Теплосодержание	hкип		кДж/кг		По Н-υ табл.	1110
Теплосодержание насыщенного пара	hнп		- « -		- « -	2803,2
Температура перегретого пара	tпп		ºС		Задано	440
Теплосодержание	hпп		кДж/кг		По Н-υ табл.	3314,01
Удельный объём нас.пара	V”		м³/кг		- « -	0,05
Удельный объём перегретого пара	Vпп		- « -		- « -	0,0787
Температура холодного воздуха	tхв		ºС		Задано	30
Топливо					Задано	лигнин

Таблица 2.2.2

Характеристики продуктов сгорания в поверхностях нагрева.

	Наименование		Газоходы
			Размерность		Предтопок		Топка, фестон		I ст. пароперегревателя	Конвективные пучки		I I ст. водяного экономайзера			Воздухоподогрева тель		I ст. водяного экономайзера		Золоуловитель
	1		2		3		4		5	6		7			8		9		10
	Коэффициент избытка воздуха, α		-		1,3		1,4		1,45	1,5		1,55			1,57		1,62		1,64
	Присосы воздуха, Δα		-		0,1		0,05		0,05	0,05		0,02			0,05		0,02		0,1
	Коэфф. избытка воздуха в конце газохода, αК		-		1,4		1,45		1,5	1,55		1,57			1,62		1,64		1,74

1	2	3	4	5	7	8	9
V0В	м3/кг	1,11	1,11	1,11	1,11	1,11	1,11
VН2О0	м3/кг	0,978871	0,98602	0,987807	0,98949	0,9902	0,99824
VГ	м3/кг	2,44	2,553	2,666	2,7334	2,8236	2,936
rRO2=VRO2/ VГ	-	0,1	0,0961	0,092	0,09	0,087	0,0835
rH2O= VH2O/ VГ	-	0,4033	0,38623	0,3705	0,362	0,3507	0,34
rп= rRO2+ rH2O	-	0,5033	0,48233	0,4625	0,4518	0,438	0,421

Таблица 2.2.3

Энтальпия воздуха и продуктов сгорания.

טּ 0C	Hв 0 Ккал/кг	Hг0 Ккал/кг	H= Hг0+ Hв0*( α-1),ккал/кг α=1,3
100	35,076	72,4	10,52
200	70,596	146,52	21,18
300	106,782	223,06	32,035
400	143,634	302,08	43,09
500	181,374	383,365	54,41
600	219,78	466,253	65,934
700	259,74	552,17	77,922
800	299,7	641,16	89,91
900	339,66	731,28	101,9
1000	380,73	824,58	114,22

Таблица 2.2.4

Тепловой баланс котлоагрегата.

Наименование	Обозначение	Размерность	Формула или обоснование	Величина
1	2	3	4	5
Температура воздуха на входе в I ступень воздухоподогревателя	t'хв	ºС	Принимаем	30
Теплосодержание теоретически необходимого количества воздуха	hхв	кДж/м3	H-v табл.	185
Низкая теплота сгорания топлива	Qнс	кДж/кг	Экспертиза	6561,03
Температура уходящих газов	υух	ºС	Задано	180
Энтальпия уходящих газов	hух	кДж/кг	H-v табл.	761,42
Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах	αух	-	Задано	1,74
Потеря тепла с уходящими газами	q2	%	(hух- αух* hхв)*(100-q4)/ Qнр	8,522
Потеря тепла с химическим недожогом	q3	%	([6], табл. 7-1, стр. 74)	3
Потеря тепла с механическим недожогом	q4	%	- « -	3
Потеря тепла в окружающую среду	q5	%	([6], рис. 5-1, стр. 51)	0,8
Потеря с физическим теплом шлака	q6	%	([6], стр. 51-52)	0
Сумма тепловых потерь	∑q	%	q2+ q3+ q4+ q5+ q6	15,322

Продолжение табл. 2.2.4

1	2	3	4	5
Коэффициент полезного действия котлоагрегата брутто	ηкабр	%	100-∑q	84,68
Коэффициент сохранения тепла	φ	-	1- q5/( ηкабр+ q5)	0,992
Паропроизводительность тепла	D	т/ч	Исходные данные	75
Теплосодержание перегретого пара	hпп	кДж/кг	- « -	3314,01
Полезно использованное тепло	Qка	кДж/кг	ф. 2.2	2714,26
Полезный расход топлива	Вк	кг/ч	Qка*D/ (Qрр* ηкабр)	36640,32
Расчётный расход топлива	Вр	- « -	(100- q4)/100* Вк	35541,11

6. Тепловой расчет обмуровки предтопка выполним по рекомендации

([8], п. 23-4, стр. 277).

Целью теплового расчета обмуровки является определение температурных условий работы материалов обмуровки, а толщины ее огнеупорных и теплоизолирующих слоев при заданных тепловых потерях в окружающую среду.

Температура на внутренней поверхности обмуровки, защищенной экраном, определяется из условий лучистого теплообмена между поверхностями обмуровки и газами высокой температуры.

Тепловой поток в окружающую среду при данной температуре внутренней поверхности многослойной обмуровки определяется по формуле:

, (2.6)

где , , - температуры внутренней поверхности обмуровки, наружной поверхности и окружающего обмуровку воздуха, =1000 °C (Паспорт и инструкция по эксплуатации топки DG), =45 °C и =25 °C ([8], стр. 277);

- коэфф. теплоотдачи от наружной поверхности обмуровки к окружающей среде, Вт/(м²·К):

, (2.7)

Вт/(м²·К);

- суммарное тепловое сопротивление обмуровки, м²·К/Вт.

Тогда тепловой поток равен

Вт/м².

Тогда необходимое термическое сопротивление обмуровки можно определить по формуле

м²·К/Вт. (2.8)

Принимаем, что обмуровка состоит из двух слоев:

- огнеупорного;

- теплоизоляционного.

С другой стороны термическое сопротивление обмуровки равно

, (2.9)

где , - толщины слоев обмуровки, м;

, - коэфф. теплопроводности материалов, Вт/м·К.

Термоизоляцию обмуровки предтопка выполняем из двух слоев:

1. Слой из шамотного легковесного кирпича толщиной 250 мм (0,25 м) с =0,2326 Вт/м·К ([10], табл. 2-2, стр. 20);

2. Плиты перлитовые на керамической связке толщиной 350 мм (0,35 м) с =0,087 Вт/м·К ([10], табл. 2-2, стр. 20).

Проверяем подходит ли данный материал в качестве термоизоляционного:

м²·К/Вт.

Выбранные материалы полностью удовлетворяют условиям техники безопасности, согласно которым °C.