Диплом. Проектування парогазової установки для промислового району міста
 Скачать 3.92 Mb.
|
|
2.3 Конструктивні схеми котлів утилізаторів Котли - утилізатори - важливий елемент технологічної схеми більшості ПГУ, що виконує у всіх випадках роль утилізатора теплоти вихідних газів енергетичної ГТУ. Залежно від схем і ПГУ в КУ генерується пар від одного до трьох тисків , підігріваються вода і конденсат, виробляється технологічний пар та ін. Котли - утилізатори, спроектовані тільки для підігріву води, називають ще газоводяними теплообмінниками ( ГВТО ). Таким чином, КУ підрозділяються на парові, пар яких використовується для роботи в парових турбінах або надсилається технологічним споживачам, водяні, в яких нагріваються мережна вода , конденсат або живильна вода ПТУ енергоблоків, і комбіновані. За конструктивним виконанням та складом теплової схеми КУ можуть бути декількох типів: а ) горизонтальні чи вертикальні. Останні виконують підвісними або само опорними ; б) з природною або примусовою циркуляцією і прямоточні . У певних умовах залежно від виду спалюваного в ГТУ палива КУ постачають додатково селективними каталізаторами газів, значно знижують в них концентрацію NОх. Місце розташування каталізатора в КУ визначається технологічним процесом. Відновлення оксидів азоту відбувається при вприскуванні у вихідні гази ГТУ регенеруючого агента - водного розчину аміаку при температурі 300-420 °С. Суміш аміак - вихідні гази пропускається через каталізатор. Котли - утилізатори можуть бути оснащені допалюючими пристроями. У них в середовищі вихідних газів ГТУ додатково спалюється паливо, це призводить до підвищення та стабілізації температури газів перед поверхнями нагріву КУ, підвищує його паропродуктивність. Відстань від пальників камери допалювання до поверхонь нагріву першого пакету труб має бути не менше 5 м (для вирівнювання температури і швидкості газового потоку). Поверхні нагрівання КУ роблять із сталевих труб із зовнішнім оребренням . Спірально-стрічкове оребрення труб виконують в заводських умовах на спеціальних установках з використанням струмів високої частоти. Це дозволяє приварювати до труб стрічку різної товщини , конфігурації і розміру. Найбільшим виробником КУ і оребрених труб для їх поверхонь нагріву є АТ «Подільський машинобудівний завод». Завод виготовляє оребрені труби наступних параметрів : діаметр 22-114 мм, товщина стінки 2-12 мм, висота ребра 5-25 мм, товщина ребра 0,8-2 мм, крок витків оребрения 4-15 мм, максимальна довжина оребренной труби 22 м. Оребрення може бути зроблено з вуглецевих, легованих і аустенітних сталей. Крім цього можливо також просічне оребрение труб . У модулях , з яких виготовляють КУ, маса оребрених труб досягає 45 % його загальної маси , а саме оребрение зменшує її в середньому в 1,5 рази в порівнянні з гладкотрубними поверхнями нагріву . У горизонтальних КУ поверхню нагріву складається з окремих, що об'єднуються в пакети. Кожна секція зазвичай включає в себе верхній і нижній колектори, з'єднані оребреними трубами, мають шахове розташування . В одному ряду по ходу газів встановлюють від трьох до шести секцій , з'єднаних між собою по потоку робочого тіла за допомогою колекторів і перемичок. Ці сполуки розташовані в спеціальних відділеннях поза потоком газів в нижній і верхній частинах КУ . Конструкція вертикальних КУ має свої особливості. Їх поверхні нагрівання виконують у вигляді окремих модулів, що зміцнюються один над іншим за допомогою каркаса, в якому передбачені бічні бокси для розміщення колекторів і колін труб, що не омиваються димовими газами. Основна частина модуля в залежності від його довжини має кілька несучих перегородок. У них просвердлені отвори діаметром, що перевищує зовнішній діаметр оребренної труби на 8-10 мм. оребрені труби заводяться одночасно через всі отвори і спираються в перегородках на свої ребра. У бічних боксах здійснюються зварювання колін і приварювання труб до колекторів. У разі пошкодження будь-яку трубу можна замінити, відрізавши її від колін або колектора. Застосування шахового розташування труб в пучку забезпечує їх вільне теплове розширення.  Рис. 2.9. Котел-утилізатор вертикальної конструкції (П-86, П-86-1 АТ ПМЗ) Використання у вертикальному КУ поверхонь нагріву з окремих модулів має ряд переваг:
2.4. Характеристика деаераторної установки 2.4.1. Призначення і фізичні основи процесу термічної деаерації Вода має властивість розчиняти гази, які стикаються з нею. Джерело» розчинених у живильній воді теплосилових установок газів є добавочна вода, яка поступає в цикл для поповнення втрат, і дренажі, що повертаються в цикл, які безпосередньо стикалися з атмосферним повітрям. Наявність корозійноактивних газів, розчинених у воді, і насамперед кисню і вуглекислоти, може викликати корозію внутрішніх поверхонь устаткування (трубопроводів, трубок підігрівачів, котлів), що омиваються такою водою. Відкладення продуктів корозії на металі погіршує теплообмін і в найбільших важких випадках, наприклад при накопиченні цих продуктів на стінках поверхонь нагрівання, може бути причиною їх перепалу. Ці обставини викликають необхідність видалення корозійноактивних газів із води що поступають в елементи теплосилового устаткування. На ТЕС видалення газів із живильної води котлів здійснюється за допомогою термічної деаерації. Розчинність газів у воді різна, але для будь-якого газу розчинність його у воді зменшується із зменшенням тиску цього газу над поверхнею води і збільшується із підвищенням температури. За температури насичення, що відповідає тиску, а саме - у стані кипіння води розчинність газів у ній дорівнює нулю. 2.4.2. Будова деаератора Сам деаератор складається із деаераторної колонки, яка розміщена акумуляторному баці, звідки деаерована живильна вода поступає до живильних помп. Деаераторна колонка призначена для видалення із поступаючих в неї різних потоків (конденсат, дренажі, добавочна вода тощо) води корозійноактивних газів - кисню і вуглекислоти. Одночасно деаераторна колонка являє собою змішувальний підігрівник, що с одним із східців а регенеративного підігрівання живильної води. Акумуляторний бак, в який поступає живильна деаерована вода, що пройшла деаераторну колонку, використовується як проміжна ємність між колонкою і живильним насосом. Ємність баків вибирається із розрахунку забезпечення 7-15 хвилинного живлення котла за повного навантаження. Наявність баків створює також можливість осадження в них частини механічних домішок, що потрапили з водою. Акумуляторні баки розміщають по відношенню до живильних насосів на визначеній висоті, яка залежить від тиску в деаераторі, що створює додатковий підпір під час входження води у насос, необхідний для його стійкої роботи. Блоки 200 МВт комплектуються деаераторними колонками ДСП-400 на робочий тиск 6 кгс/см2, а блоки 300 МВт - колонками ДСП-500 7 кгс/см2. Позначення колонок розшифровується так: деаератор змішувальний підвищеного тиску. Цифри вказують на продуктивність колонки в т/год. Крім того, для деаерації живильної води випарників або підживлюваної мережевої води застосовуються атмосферні деаератори, які працюють за тиску пари у колонці 1,2 кгс/см2. Здійснення деаерації живильної води котлів високих і закритичних параметрів і, зокрема в блочних установках за тиску 6 і 7 кгс/см2, є більш доцільним, ніж затиску 1,2 кгс/см2, оскільки при цьому підвищиться температура води після деаератора відповідно до 158 і 1640С порівняно із 1040С атмосферних деаераторів. Ця обставина зменшує кількість східців підігрівання живильної води після деаератора (тільки три підігрівники високого тиску), а у разі виходу із ладу всієї групи підігрівників високого зиску (ПВТ) забезпечує роботу котлів за більш високої температури живильної води. Будова деаераційної колонки ДСП-400 схематично показана на рис 2.10. Потоки, які потрібно нагрівати і деаерувати (конденсат турбіни, дистилят від випарників, конденсат дренажних баків), поступають в змішувальний пристрій, який розміщено у верхній частині колонки. Потім вода потрапляє на тарілку, яка має велику кількість отворів діаметром 6 мм. Цим забезпечується подріблення потоку води на окремі струминки. У такому вигляді вода падає з тарілки на тарілку, доходить до останньої тарілки і зливається у бак. Нагрівна пара підводиться у нижній частині колонки через розподільну трубу з отворами, а надлишок пари разом з газами, що виділилися із води, відводиться із верхньої частини колонки в охолоджувач пари.  Рис. 2.10. Деаераторна колонка ДСП-400 1 — корпус колонки; 2 – камера змішування; 3 - підведення конденсату турбіни; 4 – тарілки з дірчастим дном; 5 — підведення нагрівної пари; 6 - вихід випару; 7 - підведення конденсату нагрівної пари ПВТ; 8 - підведення пари від штоків клапанів турбіни або пари від розширювача безперервного продування Тарілки, розміщені одна над другою, виконані не однаковими: нижня тарілка (у плані чотирикутної форми) не має центрального отвору і пара із пароропідвідної труби проходить, перетинаючи струминки, що падають з цієї тарілки, через сегментні зазори між бортами тарілок і корпусом колонки у вище розміщений відсік. Тут, перетинаючи струминки, які падають з вищерозміщеної тарілки, пара проводить через цейтральний отвір цієї тарілки в наступний вищерозміщений відсік. В такому самому почерговому порядку розміщені решта тарілок, що розташовані вище. Отже, розглядаючи колонку загалом, можна сказати, що в ній здійснено принцип протитоку. У кожному ж окремому східці потік пари перетинає струминки, що падають, у поперечному напрямі. У міру руху вверх пара частково конденсується, віддаючи своє тепло воді, а частина, що залишилась, все більше насичується газами, які виділилися із води. У верхній точці деаераційної колонки ці гази, що не конденсуються і змішані з парою, видаляються. Цю суміш називають випаром. Для ефектної деаерації води необхідно забезпечити достатню витрату, а саме - добру вентиляцію, інакше видалення газів буде неповним. Проте і зайва кількість випару небажана, оскільки призводить до непродуктивної втрати трубком випару установлюють відбійний щиток, який запобігає виносу крапель воли з випаром. Випробуваннями встановлено, що для забезпечення надійного видалення газів кількість випару повинна становити близько 2 кг на кожну тонну води, що деаерується. Для блока потужністю 200 МВт з витратою живильної воли близько 600 т/год необхідна витрата випару приблизно 1200 кг/год. Для використання тепла і збереження конденсату застосовують спеціальні охолоджувачі випару або направляють випар як нагрівний потік в атмосферні деаератори або на опалювальні потреби тощо. Па блоках 200 МВт подеколи застосовують схему із використанням випару деаераторів у 6 кгс/см2 як робочу пару для основних ежекторів турбіни. Тут витрата випару визначається потребою ежекторів. Кожний ежектор ЭП-4-70 споживає 700 кг/год пари. Тому за роботи двох ежекторів отримують добру вентиляцію деаераторних колонок і повне використання випару. Можливим є вихід випару в атмосферу, якою користуються під час деаерації води перед пуском блока. Потоки конденсату і дренажів, які мають температуру, вищу за температуру насичення, скеровуються на проміжні тарілки. Так, потік конденсату нагрівної пари від ПТВ направлений на четверту (рахуючи зверху) тарілку.  Рис. 2.11. Будова деаераторної колонки ДСП-500 Деаераційну колонку ДСП-500 схематично показано на Рис. 2.11. Вона є струминно-плівковою з неупорядкованою насадкою. Колонка має змішувальну камеру закритого типу, через яку проходять патрубки для пропускання випару до місця його відведення. Отвори, які подрібнюють воду на струминки, знаходяться у нижньому днищі змішувальної камери. Далі водяний дощ потрапляє на шар спеціальної насадки із великої кількості гнутих пластинок з нержавіючої сталі, які насипані між двома рядами сітки. Питома поверхня елементів насадки досягає 190 м2/м3. Вода тече насадкою тонкою плівкою, що створює сприятливі умови для контакту її з парою. Колонка ДСП-500 мас два шари плівкової насадки, між якими вводиться потік конденсату нагрівної пари від ПВТ. Пара підводиться у нижню частину колонки. У пізніших конструкціях конденсат нагрівної пари від ПВТ стали вводити безпосередньо у верхню частину акумуляторного бака. 2.4.3.Схема деаераторної установки  Схему деаераторної установки для блока 200 МВт з барабанним котлом показано на рис.2.12. Установка з прямотечійним котлом додатково може мати лінію приймання дренажу від розпалювальних сепараторів і скиду надлишкової пари із деаераторів в конденсатор турбіни.Рис. 2.12. Схема деаераторної установки блока з барабанним котлом 1 - деаераційна колонка; 2 - акумуляторний бак; З - трубопровід деаерованої води на всмоктуванняживильних насосів; 4 - підведення конденсату турбіни; 5 - підведення нагрівної пари; пара на ущільнення від парової зрівняльної лінії; 7 - випар в атмосферу; 8 - випар на ежектори; 9 - конденсат нагрівної пари від ПВТ; 10- дистилят від випарників; 11 - скид від клапанів постійної витрати ШРОУ; 12- скид від рециркуляції ЖЕП; 13- водо вимірні скла; 15 - регулятори переливання; 16 - пара від розширювача безперервного регулювання; 17- пара від штоків регулювальних клапанів. Такі потоки, як рециркуляція (розвантаження) живильних насосів і скид від клапанів постійної витрати впорскування РОУ і ШРОУ, діють періодично, деаерації не потребують і тому направлені не в колонку, а в бак. У пізніших конструкціях конденсат нагрівної пари, як було сказано вище, подається у бак. Кількість запобіжних клапанів і їх пропускна здатність вибираються такими, щоб за повного поступлення в деаератор усіх нагрівних потоків, що споживають тепло, тиск у корпусі не міг би піднятися більше ніж на 25 % від нормального. Між двома деаераторами блока може виникати деяка різниця тисків і рівня через несиметричність і неоднакові опори підвідних і відвідних трубопроводів. Відповідні зрівняльні лінії призначені для вирівнювання тиску в паровому просторі обох деаераторів. Регулятори переливання повинні запобігати переповненню деаераторного бака водою. Таке переповнення може відбутись через помилкові дії персоналу або через порушення у роботі приладів і автоматики. Переповнення деаератора дуже небезпечне, оскільки рівень води може піднятися в колонку і досягнути парової розподільної труби. Це викличе сильні гідроудари і може спровокувати аварію деаератора і закид води в лінію подачі пари на ущільнення турбіни. У трубопровід подачі нагрівної пари до регулятора переважно включають не менше двох джерел живлення парою. Як правило, для нормальної роботи використовується пара від одного із відборів турбіни, а для роботи за понижених навантажень робиться підведення резервної пари від більш високого відбору цієї самої турбіни. Для пуску передбачається підведення пари від сусідньої турбіни або від колектора власних потреб. 2.5. Розрахунок котла-утилізатора Утилізаційна котельна установка призначена для генерації пари і подачі цієї пари в парову турбіну. В даній тепловій схемі в два котли-утилізатори. Кожен котел складається із двох секцій, в яку входять пароперегрівник, випаровуючий контур і водяний економайзер. В першій частині розрахунку котла-утилізатора знаходяться температури і ентальпії відпрацьованих газів після кожної секції. В другій частині розрахунку знаходяться площі складових, що входять в секцію. Розрахунок першої секції Дані для першої секції: Тиск пари P0 = 2,05 Мпа Температура пари t0 = 410 0C Витрата пари D0 = 13,6 кг/с Температура живильної води: tжв = 104 0С.  Тиск в барабані-сепараторі: 2,2 МПа Параметри другої секції: Тиск пари P0 = 0,25 МПа Температура t0 = 170 0C Температура живильної води tжв = 104 0С Тиск в барабані-сепараторі Pб = 3,0 МПа Витрата пари D0 = 3,3 кг/с Знаючи витрату газів і температуру на виході із газової турбіни газів складаємо тепловий баланс з якого визначаєм ентальпію газів. За допомогою таблиці знаходим температури газів після кожної секції. 1 – пароперегрівник Значення ентальпій:
на виході  = 3270 кДж/кг
 = 719 кДж/кгРівняння теплового балансу: Gг ( -  ) = D01 ( -  )Звідки : = -  = 719 -  = 674,2 кДж/кгОтже, температура газів після пароперегрівника становить  = 390 0С2 – випарювальний контур Значення ентальпій:
Рівняння теплового балансу:  =  -   = 674,2 -  = 481,9 кДж/кгОтже, температура газів після випарювального контуру становить  = 207 0С3 – водяний економайзер Значення ентальпій:
Рівняння теплового балансу:  =  -  = 481,9 -  = 449,9 кДж/кгОтже, температура газів після водяного економайзера становить  = 175 0СДруга секція котла – утилізатора. 4 – пароперегрівник Значення ентальпій:
на вході  = 649,6 ккал/кгна виході  = 670,3 ккал/год
 = 449,9 кДж/кгРівняння теплового балансу: Gг ( -  ) = D02 ( - )Звідки: : = -  = 449,9 -  = 448,4 кДж/кгОтже, температура газів після пароперегрівника становить  = 173 0С5 – випаровуючий контур Значення ентальпій:
Рівняння теплового балансу: Gг (  -  ) = D02 ( -  ) Звідки : = -  = 448,4 -  = 396,1 кДж/кгОтже, температура газів після випарювального контуру становить:  = 112 0С.6 – водяний економазер. Значення ентальпій:
Рівняння теплового балансу: Gг (  -  ) = D02 ( - )Звідки : = -  = 396,1 -  = 395,1 кДж/кгОтже, температура відхідних газів після котла утилізатора становить 121 0С =  .Тепловий баланс відпрацьованих газів загальний на котел утилізатор знахо-диться:
Gг = 71 кг/с;  = 432 0С;  = 719 кДж/кгКількість теплоти на вході в котел:  = Gг ∙ = 71 ∙ 719 = 51049 кДж/кг = 51 МВт
Gг = 71 кг/с;  = 121 0С;  = 395,1 кДж/кгабо  = 28 МВтОтже, кількість теплоти, яка поглинається котлом: ∆Qк = - ∙  = 51 – 28 ∙  = 23,3 МВт. |
= 2798,3 кДж/кг
= 2798,3 кДж/кг
= 790,2 кДж/кг
= 674,2 кДж/кг
= 435,7 кДж/кг
= 779,3 кДж/кг
= 435,7 кДж/кг
= 481,8 кДж/кг