Основные параметры и обозначения котлов

Паровые котлы характеризуются основными параметрами: номинальной паропроизводительностью, давлением, температурой пара (основного и промежуточного перегрева) и питательной воды.

Под номинальной паропроизводительностью понимают наибольшую нагрузку (т/ч или кг/с), которую стационарный котел должен обеспечивать в длительной эксплуатации при сжигании основного топлива при номинальных значениях температуры пара и питательной воды.

Номинальными давлением и температурой пара считают те, которые должны быть обеспечены непосредственно перед паропроводом к потребителю пара при номинальной производительности котла.

Номинальная температура питательной воды - это температура, которую необходимо обеспечить перед входом воды в экономайзер (или в другой подогреватель питательной воды, а при их отсутствии - перед входом в барабан котла) при номинальной паропроизводительности.

Условное обозначение типоразмера котла (ГОСТ 3619-89) включает последовательно расположение следующих элементов:

 

 

 

 

- обозначение типа котла (Е - котел с естественной циркуляцией,
Еп - котел с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом пара;
П - прямоточныйкотел, Пп - прямоточныйкотел с промежуточным перегревом пара);

- значение его паропроизводительности в т/ч;

- значение абсолютного давления пара в МПа;

- значения температур пара и промежуточного перегрева пара в ^оС;

- индексы вида топлива и типа топки (К - каменный уголь и полуантрацит; Б - бурый уголь; С – сланцы; М – мазут; Г – газ; Т - камерная топка с твердым шлакоудалением; В - вихревая топка; Ц - циклонная топка;
Ф - топка с кипящим слоем, для котлов с наддувом - добавочный индекс Н);

- заводские типоразмеры: Т – Таганрогский котельный завод (например: ТГМП-1202, ТГМЕ-464, ТПП-210); П – Подольский машиностроительный завод (например: П-57, П-67), БКЗ - Барнаульский котельный завод (например: БКЗ-75-39-ФБ), БелКЗ - Белгородский котельный завод (например: Б–50–40), БиКЗ - Бийский котельный завод.

Лекция

 

Энергетическое топливо. Виды топлив. Классификация органических топлив. Состав твердого, жидкого и газообразного топлива. Теплотехнические характеристики топлива.

Энергетическое топливо. Виды топлив

Топливом называется горючее вещество, используемое в качестве источника получения теплоты в энергетических, промышленных и отопительных установках. В зависимости от типа реакций, в результате которых выделяется теплота из топлива, различают органическое и ядерное топливо.

 

Таблица 3.1 - Классификация органических топлив

Топливо	Агрегатное состояние
Твердое	Жидкое	Газообразное
Природное	Дрова, торф, бурые и каменные угли, антра-цит, горючие сланцы	Нефть	Природный газ
Искусственное	Древесный уголь, полукокс, кокс, угольные и торфяные брикеты	Мазут, керосин, бензин, соляровое масло, газойль, печное топливо	Газы нефтяной, коксовый, генераторный, доменный, газ подземной газификации

Основным «горючим» элементом в твердом топливе является углерод.

Газообразное топливо существует в нескольких формах: природный газ; попутный газ, получаемый из недр земли при добыче нефти; доменный и коксовый газы, получаемые при металлургическом производстве. Преимущество природного газа состоит в легкости транспортировки по газопроводам и относительной экологической безопасности: при его сжигании, не возникает вредных выбросов (кроме оксидов азота). В связи с чем, газ используют для котельных и ТЭЦ крупных городов.
Из многочисленных жидких топлив на ТЭС используют мазут и дизельное топливо.

 

Технические характеристики топлив

Элементарный состав топлива

Твердые и жидкие топлива состоят из следующих сложных органических соединений, образованных в основном пятью химическими элементами - углеродом (С, водородом (Н), серой (S), кислородом (О) и азотом (N). В состав топлива входят также влага (W) и негорючие твердые (минеральные) вещества, которые после сгорания образуют сухой остаток - золу (А).

По составу исходной массы топлива (при разном его состоянии) выделено несколько видов так называемых расчетных масс: рабочая, аналитическая, сухая, горючая (см. рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Состав исходной массы топлива

Горючими элементами топлива являются: углерод С, водород Н, сера S. Основным горючим элементом является углерод С (20÷85 %), при горении:
С+О₂=>СО₂+ 34 МДж/кг. Наибольшей теплотой сгорания обладает водород: 2Н₂+О₂=>2Н₂О+ 121 МДж/кг, но его содержание в топливе составляет 2÷11 %.

Сера является вредной примесью, т.к. при сгорании образующиеся оксиды серы оказывают вредное воздействие на окружающую среду и приводят к развитию сернокислотной коррозии металла котла.

S_общ=S_гор+S_негор=(S_орг+)+S_сульф, (3.1)

где S_орг - содержится в органических соединениях;

S_{колч -} содержится в колчедане (FeS₂): FeS₂ + O₂ => Fe₂O₃ + 3O₂;

S_сульф - содержится в сульфатах минеральной части топлива
(CaSО₄, MgSO₄, FeSO₄).

При сгорании: S+О₂=>SO₂+ 9 МДж/кг. Общее содержание S_общ =0,1÷6 %.

Влага W и зола А составляют внешний балласт топлива, а кислород О и азот N - внутренний его балласт.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов. Природный газ характеризуется высоким содержанием метана
СH₄ (86-95%), а также небольшого количества других углеводородов:
этана (С₂H₆), пропана (С₃H₈), бутана (С₄H₁₀), этилена (С₂H₄), и пропилена (С₃H₆). В искусственных газах содержание горючих составляющих достигает
25-45 %, в балласте преобладают азот и углекислота: 55-75 %.

Состав газообразного топлива задается в объемных долях:

SС_nH_2n+2 + SС_nH_n + Н₂ + СО + Н₂S + О₂ + N₂ + CО₂ = 100 %, (3.2)

где SС_nH_{2n+2 -} предельные углеводороды;

SС_nH_2n – непредельные угловодороды;

Н₂S – сернистый водород;

СО – окись углерода; CО₂ - углекислый газ.

 

Общие характеристики топлив

 

1) Теплота сгорания - количество теплоты, которое может быть получено при полном сгорании единицы массы или объема топлива.

Полным сгоранием называется такое, при котором горючие компоненты топлива С, Н и S полностью окисляются кислородом. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива относят к 1 кг, а газового - к 1 м³ при нормальных условиях. Различают низшую и высшую теплоту сгорания. При известном элементарном составе топлива теплоту сгорания (кДж/кг) определяют по эмпирическим формулам, предложенной Д.И.Менделеевым:

 

Qpн = 340Ср + 1035Нр – 109(Ор - Sрл) – 25Wр; Qpв = 340Ср + 1260Нр – 109(Ор - Sрл).

(3.3)

Теплота сгорания сухого газа (кДж/м³) определяется по формуле:

Qpн = 358СН4 + 640С2Н6 + 915С3Н8 + 1190С4Н10 + 1465 С5Н12 + +126,5 СО + 107,5Н2 + 234Н2S; Qpв = 398СН4 + 700С2Н6 + 995С3Н8 + 1285 С4Н10 + + 1575 С5Н12 + +126,5 СО + 127,5Н2 + 257Н2S.

(3.4)

Для сравнения различных видов топлива по их тепловому эффекту вводят понятие условного топлива (Q_у.т =29 310 кДж/кг или 7 000 ккал/кг).

Отношение Q^p_н данного топлива к Q_у.т. условного топлива называется топливным эквивалентом:

Э = Q^p_н / Q_у.т. (3.5)

Тогда для расчета расхода натурального топлива В_н в условное В_у.т, достаточно величину В_н умножить на эквивалент Э, т.е. В_у.т. = В_н * Э

2) Зольность – определяет содержание минеральных примесей. Наибольшее количество примесей имеют твердые топлива. Примеси попадают в топливо главным образом при его добыче из окружающих пород и состоят в основном из глины Al₂O₃*2SiO₂*2Н₂О, силикатов SiO₂ и железного колчедана FeS₂. В состав примесей, кроме того, входят сульфаты кальция и железа, оксиды различных металлов, фосфаты, щелочи, хлориды и т.п. При сжигании топлива минеральные примеси в зоне высоких температур ядра факела претерпевают ряд превращений, в процессе которых образуется зола.

Минеральные твердые примеси в небольшом количестве попадают также в нефть в процессе ее добычи и переходят после переработки нефти в мазут. Зольность мазута обычно составляет не более 0,1 %. Природный газ не имеет минеральных твердых примесей, и его балласт составляют негорючие газовые компоненты.

Свойства золы играют большую роль в организации работы КУ. Часть золы, расплавленной в ядре факела, в условиях турбулентного перемешивания объединяется (слипается) и, становясь крупными тяжелыми частицами, выпадает в нижнюю часть топочной камеры в виде шлака. Другие расплавленные частицы золы, двигаясь вместе с газами, налипают на настенные топочные экраны и затвердевают на них.

Это явление называют шлакованием экранов.

Мельчайшие твердые частицы золы подхватываются потоком топочных газов и уносятся из топочной камеры, образуя летучую золу. Зола загрязняет конвективные поверхности нагрева и снижает их тепловую эффективность.

Особенностью золы мазута является наличие в ней ванадия, интенсифицирующего образование плотных отложений на поверхности нагрева. Оксиды ванадия, кроме того, в определенной зоне температур вызывают коррозию этих поверхностей.

 

3) Влагосодержание, как и зольность топлива, относится к его балласту и снижает теплоту сгорания. Влага в твердом топливе разделяется на внешнюю W_внш и внутреннюю W_внт. W_внш механически удерживается на поверхности топлива за счет смачивания, и ее количество в натуральном топливе зависит от его фракционного состава: влаги тем больше, чем мельче топливо, а значит, сильнее развита его поверхность. Существенное влияние оказывают на наличие W_внш атмосферные условия, при которых хранится или перевозится топливо. W_внт входит в органическое вещество топлива.

Принято внутреннюю влагу называть гигроскопической W^ги (в бурых углях - 10¸13 %, в каменных углях 3¸8 %, в антрацитах и полуантрацитах 1,5¸2,5 %). В жидком топливе (мазуте) влага присутствует обычно в небольшом количестве (1¸3 %), а в отдельных случаях (обводненные мазуты) - до 12 %, что связано с разогревом вязких мазутов перед их сливом высокотемпературным паром путем непосредственного ввода пара в массу мазута.

В природных газах практически нет влаги, газ обезвоживается перед поступлением его в газопровод.

Наличие влаги в топливе ¯ Q^p_н, что ведет к ­ его расхода. При этом ­ объемы продуктов сгорания, ­ потери теплоты с уходящими газами, расход энергии на подготовку топлива и удаление продуктов сгорания. Повышенная влажность твердого топлива затрудняет нормальное его движение по топливному тракту за счет потери сыпучести, в зимнее время дополнительно появляется явление смерзаемости топлива.

 

4) Серосодержание (сернистость). Сера имеет невысокую теплоту сгорания, а продукты ее сгорания (оксиды серы SO₂ и SO₃) оказывают вредное воздействие на окружающую среду и рабочие поверхности котельной установки. Сера в твердом топливе находится частично в составе органической массы, в горючей массе в форме сульфата железа (колчедана FeS₂), а также входит в минеральную часть (в виде сульфатов типа CaSO₄, Na₂SO₄ и т.д.). Сульфатная сера полностью окислена и в процессе горения не участвует.

В мазуте сера присутствует главным образом в составе серо-органических соединений и в меньшей части в форме сероводорода и элементарной серы, растворенной в углеводородных смесях. По содержанию серы топливные мазуты разделяются на сернистые (0,5 - 1,5 %) и высокосернистые (1,5 - 3,5 %).

В природном газе сера присутствует в основном в форме газообразного сероводорода H₂S, количество которого достигает в отдельных случаях 0,8 % объема газа.

5) Приведенные характеристики топлива. С увеличением балласта уменьшается горючая часть топлива и одновременно снижается его Q^p_н.
Для обеспечения заданной паропроизводительности котла потребуется увеличить расход топлива, и значит, еще более увеличится поступление балласта в котел. Поэтому процентное содержание влаги и золы в 1 кг топлива не является достаточной мерой их расхода через котел и выброса в окружающую среду. Более полную характеристику соотношения массовых расходов при сжигании различных топлив дает выраженное в процентах содержание химических элементов и балласта, отнесенное к 1 МДж Q^p_н, которое называется приведенной характеристикой.

В практике пользуются тремя характеристиками: приведенная влажность (W^п=W^р/Q^p_н), зольность (А^п=А^р/Q^p_н) и сернистость (S^п=S^р/Q^p_н).