Выбор схемы пылеприготовления

Схема пылеприготовления определяется в основном типом применяемых мельниц. На современных котлах распространены преимущественно индивидуальные замкнутые системы пылеприготовления.

В индивидуальной схеме оборудование устанавливается непосредственно у котла; каждый котлоагрегат обслуживается своими мельницами и вспомогательными устройствами. При замкнутой системе пылеприготовления отработавший после сушки топливо воздух вместе с угольной пылью и выделившимися водяными парами сбрасываются в топку. Для сильновлажных бурых углей могут применятся разомкнутые схемы, в которых отработавший сушильный агент выбрасывается в атмосферу.

Индивидуальные схемы пылеприготовления подразделяются в зависимости от способа подачи пыли в горелки на системы с промежуточным бункером и системы с прямым вдуванием. В первом случае угольная пыль подается в горелки из бункера, расположенного между мельницей и топкой, во втором пыль из мельницы направляется сразу в топку.

На рис.1.3 приведена схема пылеприготовления с бункером пыли и ШБМ. Схема является индивидуальной, замкнутой; для подсушки топлива используется воздух после воздухоподогревателя. Из бункера сырого угля 1 топливо поступает в мельницу 2, откуда угольная пыль выносится потоками воздуха в сепаратор 3. В сепараторе происходит отделение крупных фракций угля; недомолотые частицы возвращаются в мельницу, а готовая пыль поступает в циклон 4.

Рис.1.3 Замкнутая система пылеприготовления с бункером пыли

1 — бункер сырого угля; 2 — мельница (ШБМ); 3 — сепаратор пыли; 4 — циклон; 5 — бункер пыли; 6 — питатель пыли; 7 — горелки; 8 — мельничный вентилятор; 9 — короб горячего воздуха; 10 — воздухоподогреватель.

Здесь до 90 % пыли отделяется от воздуха и осаждается. Из циклона пыль направляется в бункер 5, откуда питателями пыли она подается в горелки котла. Слабо запыленный воздух из циклона отсасывается мельничным вентилятором 8 и поступает в трубопровод подачи воздуха к горелкам.

Используя бункеры пыли как промежуточную емкость, можно загружать мельницу полностью независимо от нагрузки котла. Это особенно важно для ШБМ, поскольку расход энергии на холостой ход этих машин составляет 90— 100 %.

Выбор числа и производительности мельниц

Число мельниц, устанавливаемых на котле, зависит от его производительности и типа мельниц. Для систем с ШБМ на котлах производительностью 400 т/ч и более устанавливаются не менее двух мельниц; при меньшей производительности котла — одна. Во всех случаях осуществляется связь по бункерам пыли с соседними котлами. Производительность ШБМ выбирается из условия обеспечения 110 % нагрузки котла (коэффициент запаса К_з = 1,1)

Расчетная производительность одной мельницы В_р (т/ч) определяется по известному расходу топлива на котел В_к (т/ч) и принятому (предварительно) числу мельниц Z с учетом коэффициента запаса:

 т/ч (1.51)

Далее по справочнику [5] определяю типоразмер и производительность мельницы В_х, отнесенную к «характерному» виду топлива.

По справочным данным выбрана мельница марки Ш-50А:

Тип мельницы - ШБМ

Марка Ш-50А

Количество мельниц Z -3 шт.

Диаметр барабана D_б - 3700 мм.

Длина барабана L_б- 8500 мм.

Номинальная частота вращения барабана n_б— 17,6 об/мин.

Мощность электродвигателя N - 2000 кВт,

Номинальная производительность В=50 т/ч при R₉₀=55 %.

Мощность мельницы N_м – 1500 кВт.

 

Выбор дутьевых вентиляторов

 Число дутьевых вентиляторов и дымососов выбирается одинаковым и зависит от производительности котла. Для котлов производительностью более 500 т/ч устанавливают по 2 дутьевых вентилятора и дымососа на 50% производительности каждый. Котлы, в случае работы одного вентилятора или дымососа должны обеспечить нагрузку не менее 70% номинальной. Это условие обязательно проверяется после выбора типоразмера машины.

 Расчетный расход топлива В_р, кг/с, по которому выбираются дутьевые вентиляторы и дымососы, определяется с учетом физической неполноты сгорания твердого топлива, q₄ %:

В_р = В_к (100-q₄) / 100 (1.52)

где В_к кг/с- расход топлива на котел при номинальной нагрузке.

Наиболее высокие потребности в воздушных массах происходят при использовании резервного топлива

В_р = 29 (100-1,5) / 100 = 28,5 кг/с

Дутьевой вентилятор подает холодный воздух в воздухоподогреватель, забирая его из верхней части котельной. Температуру холодного воздуха t_хв принимаем равной 30 ⁰С с расчетом на летний годовой период, когда объем потребления воздуха выше.

Производительность дутьевого вентилятора V_ДВ, м³/с определяется расходом воздуха, необходимым для горения топлива, с учетом коэффициента избытка воздуха в топке α_т и присосов по тракту котла:

V_ДВ = В_рV^о (α_т - Δα_т + Δα_пс) *(273+ t _хв)               (1.53)

                                                273

V_ДВ = 28,5*4,87(1,2-0,05+0,2) (273 + 30 ) = 208 м³/с = 748,8 тыс.м³/ч

                                                                                       273

где V^о, м³/кг или м³/ м³ - теоретический объем воздуха, необходимый для горения 1 кг угля, мазута или 1 м³ газообразного топлива.

Расчетная производительность вентилятора V^р_ДВ принимается с коэффициентом запаса β₁=1,1. Кроме того, вводится поправка на барометрическое давление Р_бар (мм рт. ст.) местности, где устанавливается вентилятор. Барометрическое давление в г. Новокузнецк составляет 700 мм.рт.ст. При заданном числе вентиляторов z = 2 расчетная производительность одной машины равна:

V ^р_ДВ = (β₁ * V_ДВ / z) *760 / Р_бар  (1.54)

V ^р_ДВ  = (1,1 * 208 / 2) * 760 / 700 = 123,6 м³/с = 445 тыс.м³ / ч

 Напор дутьевых вентиляторов зависит от размера котла и составляет 5 кПа. Расчетное значение напора Н_ДВ, кПа принимается с коэффициентом запаса

β₂ = 1,15

Н ^р_ДВ = Н_ДВ * β₂ = 5 * 1,15 = 5,75 кПа = 575 мм.рт.ст  (1.55)

 

Снижение КПД:

η_р = 0,9 * η_мах = 0,9 * 0,89 = 0,8      (1.56)

Мощность на валу дутьевого вентилятора N_э (эффективная мощность), кВт:

N_э = V ^р_ДВ * Н ^р_ДВ / η_р = 123,6* 5,75 / 0,8 = 888,4 кВт         (1.57)

Мощность привода берется с коэффициентом запаса β₃ = 1,05

N_пр = N_э * β _э = 888,4 * 1,05 = 932,8 кВт        (1.58)

По справочным данным [5] наиболее подходящим является дутьевой вентилятор Барнаульского котельного завода ВДН – 32Б

Марка ВДН-32Б

количество в блоке -2 шт

Подача, V                                        475 тыс.м³/ч

Полное давление, Р                        6100 Па

Температура,t                                 30 ⁰C

КПД, η                                            87 %

Частота вращения, n                          730 об/мин

 

Выбор дымососов

       Объем газов, перекачиваемый дымососом, больше объема воздуха за счет более высокой температуры среды и больших присосов воздуха по газовому тракту. Производительность дымососа определяется объемными расходами газов, уходящих из котла (после воздухоподогревателя) V^ух_г и воздуха, присасываемого в тракт после котла в золоуловителях и газоходах V_прис..

С учетом температуры газов перед дымососом t_д, объемная производительность машины м³/c составит

V_дс = В_р (V^ух_р + V_прис) * [ (t_у +273) / 273 ]      (1.59)

V_дс = 28,5*(7,3+0,0487)*(130+273)/273= 309,2 м³/c (1113,12 тыс. м³/ч)

В газоплотных котлах уменьшается коэффициент избытка воздуха в уходящих газах на величину ∆α_вп и тогда:

α_ух = α_т +  _∆α_вп = 1,2 + 0,2 = 1,4  (1.60)

Объем уходящих газов:

V^ух_г = V⁰_г + 1,016 (α_ух -1)* V⁰_в        (1.61)

V^ух_г = 5,35 + 1,016 (1,4-1) *4,87 = 7,3 м³/кг

Объем присосов за пределами котла с учетом присосов в системе золоулоавливания равен:

V_прис = Δα_rx * V⁰           (1.62)

V_прис = 0,01 * 4,87 = 0,0487 м³/кг

Температура газов перед дымососом t_д может быть принята равной температуре уходящих газов t_ух:

t_д = t_ух = 130 ⁰С

Расчетная производительность дымососа V^р_дс принимается с коэффициентом запаса β₁ = 1,1. Кроме того, как и для дутьевых вентиляторов водится поправка на барометрическое давление Р_бар (мм.рт.ст) и задается число дымососов z = 2. Исходя из этого, расчетная производительность одной машины равна:

V^р_дс = (β₁  * V_дс / z) * 760 / Р_бар         (1.63)

 V^р_дс = 1,1*(309,2 / 2)* 760 / 700 = 183,7 м³/с = 661,3 тыс. м³/ч

Расчетный напор дымососа (3,5-4 кПа) берется с коэффициентом запаса β₂ = 1,2:

 Н^р_дс = Н_дс * β₂ = 4 * 1,2 = 4,8 кПа (480 мм.вод.ст)                  (1.64)

Снижение КПД: η _р = 0,9 * η_мах = 0,9 * 0,85 = 0,77        (1.65)     

Мощность на валу дымососа N_э (эффективная мощность), кВт

N_э = (V^р_{дс *} Н^р_дс) / η_р         (1.66)

N_э = (183,7*4,8) / 0,77 = 1145,1 кВт

Мощность привода с коэффициентом запаса β₃ = 1,05:

N_пр= β₃ *N_э        (1.67)

N_пр= 1,05*1145,1= 1202,4 кВт

По справочным данным [5] наиболее подходящим является дымосос Барнаульского котельного завода ДО-31,5-III, устанавливаемый на каждый котлоагрегат по 2  штуки:

Марка ДО-31,5-III

Производительность (подача,V)  800 тыс.м³/ч

Полное давление,Р                             3,4 кПа

Потребляемая мощность, N          1080 кВт

КПД                                                 85 %

Частота вращения,n                       495 об/мин

Выбор насосов

Насосы тепловых электростанций, как и другие типы машин, служащие для перемещения среды и сообщения ей энергии, характеризуются следующими параметрами:

- объемной производительностью (подачей), Q, м³/с;

- давлением на стороне нагнетания, р_н, МПа;

- плотностью перемещаемой среды, g, кг/м³ или удельным объемом, u, м³/кг

Выбор питательного насоса

Для электростанций с блочными схемами производительность насосов определяется максимальным расходом питательной воды на котел с запасом не менее 5 %. Наибольший расход питательной воды наблюдается в летний период

D_пн=1,05Z_пв        (1.68)

D_пн = 1,05*163 кг/с = 171,15 кг/с

Для блока мощностью до 200 МВт предусмотрен один насос с электроприводом и гидромуфтой на 100% нагрузки.

Между объемными и массовыми расходом существует соотношение Q, м³/с:

Q = D_пн/ρ = D_пн * υ = 171,15 * 0,0011 = 0,188 м³/с = 676,8 м³/ч (1.69)

Для прямоточных котлов, устанавливаемых на блоках с закритическими параметрами пара, максимальное давление воды р _кон, создаваемое насосом, равно давлению перегретого пара в выходных коллекторах котла р_пе.

Правилами котлонадзора установлен дополнительный запас Δр_пк  по давлению на срабатывание предохранительных клапанов (на давление выше 22,5 Мпа).

Δр_пк  = 0,1 * р_пе = 0,1 * 13,33 = 1,333 МПа     (1.70)

Максимальное конечное давление, которое создается питательным насосом равно р_кон = р_пе + Δр_пк   = 13,33+1,333 = 14,66 МПа (1.71)

Суммарное гидравлическое сопротивление тракта с прямоточным котлом Δр_с, МПа равно

∑ Δр_с = Δр_тр  + Δр_пвд + Δр_рпк + Δр_ПК    (1.72)

где Δр_тр = 0,15 -0,35 МПа – суммарное гидравлическое сопротивление арматуры и турбопроводов от насоса до водяного экономайзера котла;

Δр_пвд =0,6-1,5 МПа - суммарное гидравлическое сопротивление группы ПВД;

Δр_рпк = 1-2 МПа - сопротивление регулирующего клапана питания котла;

Δр_пк = 4 МПа - гидравлическое сопротивление котла

∑ Δр_с =0,3+1+1,7+4=7 МПа

Н_к – 40,3, м – высота котла (геодезический напор высоты столба жидкости)

Значение плотности воды определяется как среднее арифметическое значение плотностей перегретого пара р_пе=13,33 МПа, t_пе=576,3 ⁰С и воды в нагнетательном патрубке насоса р_н. Плотность воды на выходе из насоса находим по давлению воды р_н, принимаемому равным (1,3-1,4) р_о, и температуры t_н = t^/_д+∆t_пн, где ∆t_пн составляет 9-10 ⁰С

р_н= (1,3-1,4) р_о

р_н=1,4*13,44=18,8 МПа

t_н = t^/_д+∆t_пн

t_н = 163+10=173⁰С

ρ_пе=36,8 кг/м³

ρ_н=905,3 кг/м³              ∆ρ=471 кг/м³

Н_д = 20,4 м – давление столба воды

Давление на стороне всасывания

р_в = р_д + Н_д * g * ρ * 10^-6- ∑ ρ р_с   (1.73)

р_в  = 0,68 +20,4 * 9,8 * 471*10^-6 - 0,01 = 0,76 МПа

Давление нагнетания р_н ,развиваемое насосом, определяется заданным давлением в конечной точке тракта р_кон, суммарными гидравлическими сопротивлениями тракта  и геодезическим напором, обусловленным разницей высоты Н_к, между точками перемещения среды:

р_н  =р_кон + Н_к * g * ρ * 10^-6   (1.74)

р_н  = 14,66+7+40,3*9,8*471* 10^-6 =22 МПа, где g =9,81 м/с²

Напор насоса ∆р = р_н-р_в     (1.75)

∆р = 22-0,76=21,24 МПа

Расчетная мощность привода насоса, В_т,равна:

N_н = Q (р_н-р_в)/ η_н     (1.76)

N_н  = 0,188*(22-0,76) / 0,85 = 4,7 МВт= 4700 кВт

Обеспечить 100% подачу питательной воды при заданном режиме может питательный насос ПЭ380-185/200 [5]

Количество в блоке                                                  2 шт

Подача,V                                                                   380 м³/ч

Напор, H                                                                    20000/21500 Дж/кг

Потребляемая мощность, N                                     2500/2690 кВт

Частота вращения, n                                               2900 об/мин

КПД насоса, η                                                           77 %

Обеспечить подачу питательной воды при пуске блока с учетом высоты напора может питательный насос ОСПТ – 1150:

Количество в блоке                                                  1 шт

Подача, V                                                                 720 м³/ч

Напор, H                                                                 20000/21500 Дж/кг

Давление на всасе, р                                               2 МПа

Потребляемая мощность, N                                   4540/4900 кВт

Частота вращения, n                                                2900 об/мин

КПД насоса, η                                                         80 %

 

 

1.2.5.2. Бустерные насосы

При установке питательных насосов на блоках мощностью 250 МВт и выше применяют быстроходные насосы с турбоприводами, для обеспечения бескавитационной работы которых недостаточно только подъема деаэратора на высоту 22-25 м. Для создания дополнительного подпора на всасе питательного насоса устанавливают предвключенные бустерные насосы; давление нагнетания бустерного насоса (Р_н^бн=2-5МПа) является давлением на всасывающей стороне питательного насоса, достаточным для предотвращения кавитации.

Бустерные насосы необходимо выбирать также, как основные питательные насосы, если они устанавливаются самостоятельно.

В случае установки насосов с турбо- и электроприводом выбирают оба типа насосов; для насосов с турбоприводом определяется также мощность и тип приводной турбины.

Бустерные насосы устанавливаются в количестве 3 шт (2 шт по 50% производительности рабочие, 1 шт. резервный 50% производительности)

Выбираем бустерный насос [5]:

12 Д-9 (Q=780 м³/ч, Н=560 Дж/кг)

Количество в блоке - 2 шт (один резервный)

Подача V-780 м^3//ч

Напор Н - 560 Дж/кг

Частота вращения n-1450об/мин

Мощность привода N- 170 кВт

 

1.2.5.3. Конденсатные насосы

Конденсатные насосы входят в оборудование, поставляемое комплектно с турбиной наряду с конденсатором и эжекторами. Тип и количество насосов, хотя они и указаны в комплектующем оборудовании, должны быть выбраны, поскольку технические решения по установке этих насосов зависят от конкретных условий тепловой схемы.

Число насосов в зависимости от мощности турбоагрегата может быть равно двум, трем и четырем. Конденсатные насосы всегда устанавливаются с резервом: резервный насос включается по системе АВР. По возможности, число насосов должно быть минимальным: 2 по 100% или 3 по 50 % производительности.

Общая подача конденсатных насосов D_кн кг/с, рассчитывается по максимальному расходу пара в конденсатор D _k^max, известному из расчета тепловой схемы. кроме того, учитываются добавочная обессоленная вода, дренажи подогревателей и турбоприводов и пр, подаваемые на всас насосов:     

D_{кн =} D _k^max + D _дв + ∑D _др   (1.77)

D_кн = 124 кг/с

 Объемный расход конденсатных насосов

Q_кн= D_кн υ (1.78)

Q_кн = 124 * 0,0011 = 0,136 м³/с = 489,6 м³/ч

Для блоков с прямоточными котлами применяют двухподъемную схему установки конденсатных насосов. Это вызвано тем, что конденсат турбин необходимо пропускать через обессоливающую установку (БОУ), которая может работать при давлении не более 0,8 МПа. При двухподъмной схеме конденсатные насосы разделяют на две ступени. Насосы первой ступени устанавливают после конденсатора, они создают давление, достаточное для преодоления гидравлического сопротивления БОУ, трубопроводов и обеспечения необходимого подпора перед конденсатным насосом второй ступени. Конденсатные насосы второй ступени развивают давление, необходимое для подачи конденсата через ПНД в деаэратор.

Давление нагнетания конденсатных насосов первой ступени (КН I) равно: Р _нI = ΔР _{БОУ +} ΔР _{тр +} ΔР _{под        ;} Р _н ≤ 0,8 МПа

Р _нI = 0,55+,01+0,15 = 0,8 МПа (1.79)

Гидравлическое сопротивление БОУ является переменной величиной, увеличивающейся по мере загрязнения фильтров. Максимальное значение ΔР _{БОУ =}0,55-0,65 МПа.

Сопротивление участка трубопроводов от КН I до БОУ должно быть не более 0,1 МПа; величина необходимого подпора ΔР_под    (давление всасывания) на входе в КН II указывается в характеристике насосов и составляет около 0,15 МПа.

Давление нагнетания р_н конденсатных насосов второй степени (КНII) рассчитывается исходя из давления в деаэраторе р_д , суммарного сопротивления тракта от конденсатора до деаэратора и разности уровней воды в деаэраторе Н_д и насосах, МПа:

р_нII = р_д + ∑Δр_с+Н_{д *} gр10^-6  (1.80)

р_нII = 0,68+1,2+20,4*9,8*471*10^-6= 2 МПа

где ∑Δр_с - суммарное гидравлическое сопротивление тракта:

∑Δр_{с =} Δр_пнд +Δр_оэ + Δр_рпк + Δр_тр , ∑Δр_с = 0,5+0,1+0,4+0,2 = 1,2 МПа (1.81)

где Δр_пнд - сопротивление всех ПНД и охладителей пара уплотнителей (определяется по справочнику или принимается равным 0,07-0,1МПа на каждый подогреватель).; Δр_оэ - 0,05-0,07 МПа- сопротивление охладителя пара эжекторов; Δр_рпк - 0,4 МПа - сопротивление регулятора питания (уровня) конденсата; Δр_тр - 0,1-0,2 МПа - суммарное гидравлическое сопротивление трубопроводов.

Давление перед конденсатным насосом р_в должно быть достаточным для предотвращения кавитации. Необходимый подпор указывается в справочных данных; для конденсатных насосов с частотой вращения 960-1500 об/мин он составляет 0,02-0,04 МПа.

Расчетная мощность привода насосов

(КН I)

N _нI = Q (p_нI - р_в)/η_н (1.82)

N _нI =0,136*(0,8-0,02)/0,85 = 0,129 МВт = 129 кВт

(КН II)

N _нII = Q (p_нII - р_в)/η_н (1.83)

N _нII =0,136*(2,0-0,04)/0,85 = 0,325 МВт = 325 кВт

Выбор типоразмера конденсатных насосов проводится - по давлению нагнетания и производительности.

Конденсатные насосы первой степени (КН I) [5]

12 КсВ - 9*4-2

(центробежный) Количество в блоке - 3 шт (один резервный)

Подача V - 300 м³/ч

Напор Н - 1600 кДж/кг

Частота вращения n - 1460 об/мин

Мощность привода N - 200 кВт

КПД η- 0,66

 

Конденсатные насосы второй степени (КН II)

12 КсВ - 9*4-2

(центробежный) Количество в блоке - 3 шт (один резервный)

Подача V - 300 м³/ч

Напор Н - 1600 кДж/кг

Частота вращения n - 1460 об/мин

Мощность привода N - 350 кВт

КПД η- 0,66

Циркуляционные насосы.

 По характеру работы циркуляционные насосы перекачивают большое количество воды при относительно невысоком давлении. Расход воды на конденсатор рассчитывается по летнему режиму ра­боты при условии обеспечения номинальной электрической мощно­сти и покрытия летних тепловых нагрузок.

= ( - )        (1.84)

Расход циркуляционной воды определяется:

= / ( - ) = 124*(2323,8 – 121,41) 0,98/ 4,19(22-12) =6387,5 кг/с  0,0011=7,02 /с*3600 =25272 /ч.

Кратность охлаждения:

m = / = 6387,5/124=51,5=52  (1.85)

Расчетный расход циркуляционной воды:

= (1,1—1,2)G_ц.в= 1,1*6387,5 =7026,25 кг/с=27824 /ч. (1.86)

Выбираем 3 циркуляционного насоса, тогда производительность одного насоса равно:

= /3=27824/3=9274,7 м³/ч         (1.87)

Исходя из расчетов подачи рабочего тела, определяем типоразмер циркуляционного насоса в количестве 3 шт [5].

Марка насоса	Оп2-110
Подача V	11880-21960
Напор H	159-92 Дж/кг
Потребляемая мощность N	505-897 кВт
Частота вращения	485 об/мин
Количество Z	3 шт.

 

Выбор конденсатора

Конденсатор К-200-КЦС-2 входит в оборудование комплектующее турбину, поверхностный, двухходовой по охлаждающей воде, с центральным отсосом воздуха, абсолютное давление пара 3,43 кПа (0,035 кг/см²) при температуре охлаждающей воды 14 ⁰С.

Количество в блоке - 1 шт

Поверхность охлаждения – 4500 м²

Расход охлаждающей воды - 28000 м³/ч

Гидравлическое сопротивление по водяной стороне – 36,5 кПа

Число ходов воды - 1

Число охлаждающих трубок – 5970х2 шт

Длина трубок – 8055 мм

Размер входного парового патрубка: 6240*5940 мм

Масса конденсатора: 361 т