Факторы, влияющие на паропроизводительность котла

 

Парообразование в барабанном котле осуществляется непосредственно в экранных поверхностях нагрева, и его интенсивность зависит от тепловой нагрузки экранных поверхностей, экономайзерных поверхностей и пароперегревательных поверхностей.

Рис.3.1. Принципиальная схема пароводяного тракта барабанного котла

 

Наибольшее влияние на парообразование оказывает интенсивность тепловыделения в экранных поверхностях нагрева и меньшее влияние на парообразование оказывает интенсивность тепловой нагрузки экономайзера. Влияние же тепловосприятия пароперегревателя к паровой нагрузке котла сказывается лишь при регулировании температуры перегретого пара, т.е. только при изменении количества впрыскиваемого в пароохладитель конденсата.

Таким образом, поддержание требуемой паропроизводительности барабанного котла должно осуществляться путем регулирования интенсивности тепловыделения в топке, т.е. за счет регулирования процесса горения топлива или ведения, так называемого, топочного режима котла, который характеризуется следующими показателями:

- количеством сжигаемого в топке котла топлива;

- количеством подаваемого в топку воздуха, необходимого для обеспечения эффективного сгорания топлива;

- давлением (разрежением) газов в верхней части топки котла .

Далее конкретизируем элементы тепловой схемы и основные показатели, используемые при оперативном управлении и контроле качества ведения топочного режима котла.

Регулирование расхода топлива подаваемого в топку котла осуществляется за счет соответствующего воздействия на регуляторы подачи топлива и за счет изменения количества включенных в работу горелочных устройств. В реальных технологических схемах котельных установок функции регуляторов подачи топлива, выполняют:

- регуляторы давления газа (РДГ), при использовании газообразного топлива;

- регуляторы давления мазута (РДМ), при использовании топочного мазута;

- питатели сырого угля (ПСУ), при использовании твердого топлива приготавливаемого в пылесистемах с прямым вдуванием угольной пыли в топку котла;

- питатели пыли (ПП), при использовании твердого топлива приготавливаемого в пылесистемах с бункерами пыли. При этом регулирование расхода твердого топлива подаваемого в топку котла шнековыми или тарельчатыми пылепитателями осуществляется за счет изменения частоты вращения, соответственно, шнека или ротора пылепитателя. Регулирование производительности ленточных ПСУ осуществляется за счет изменения высоты слоя топлива формируемого на движущейся ленте питателя.

Контроль величины подаваемого в топку жидкого или газообразного топлива, при работе котла в регулировочном диапазоне нагрузок, осуществляется непосредственно по показаниям соответствующих расходомеров, устанавливаемых на тепловых щитах управления котлом.

Непосредственное оперативное измерение количества подаваемого в топку твердого топлива, по известным техническим причинам, не проводится. В тоже время, количество сжигаемого в котле любого вида топлива (твердого, жидкого, газообразного) контролируется по косвенным параметрам топочного процесса, а именно:

- по степени открытия регулировочного шибера питателей сырого угля;

- по количеству включенных в работу размольных мельниц или питателей пыли;

- по токовой загрузке или оборотам питателей пыли;

- по избыткам воздуха за топкой;

- по давлению и температуре топочных газов на выходе из топки;

- по давлению и температуре перегретого пара за котлом;

- по изменению режима работы автоматических регуляторов по поддержанию требуемой температуры перегретого пара и уровня воды в барабане котла;

- по температуре уходящих газов.

Регулирование количества воздуха подаваемого в топку котла осуществляется изменением производительности тягодутьевых механизмов, а именно: изменением производительности дутьевых вентиляторов и дымососов в системах газовоздушного тракта котлов работающих с уравновешенной тягой, или изменением производительности дутьевых вентиляторов в системах газовоздушного тракта котлов работающих под наддувом. При этом регулирование производительности тягодутьевых вентиляторов возможно осуществить двумя принципиально различными способами: изменением характеристики сети или воздействием на напорную характеристику машины.

Изменение характеристики сети может быть достигнуто путем ввода в сеть дополнительного сопротивления создаваемого специальным шибером, позволяющим изменять (в зависимости от степени открытия) площадь поперечного сечения газовоздухопроводов на входе в дутьевой вентилятор или дымосос.

Воздействовать на напорную характеристику тягодутьевого механизма можно путём изменения скорости вращения рабочего колеса машины. Производительность механизма в этом случае изменяется пропорционально изменению скорости. При этом регулирование скорости вращения рабочего колеса машины может быть достигнуто с помощью применения в качестве приводного механизма приводных паровых турбин, специальных электродвигателей (двухскоростных или с частотным регулированием скорости), гидромуфт и электромагнитных муфт. При регулировании производительности машины изменением скорости вращения рабочего колеса потери напора вследствие дросселирования потока отсутствуют, поэтому этот способ наиболее экономичен. Однако из-за дороговизны и сложности эксплуатации приводных механизмов данный способ регулирования производительности тягодутьевых механизмов используется в основном на котлоагрегатах средней и большой производительности.

Следует отметить, что наиболее эффективный способ регулирования производительности вентиляторов и дымососов с электроприводом достигается при применении, так называемых, осевых направляющих аппаратов устанавливаемых во входном патрубке тягодутьевых машин. В данных аппаратах реализуется комбинация двух способов регулирования: воздействия на напорную характеристику машины и изменения характеристики сети. Осевой направляющий аппарат представляет собой конструкцию из направляющих лопаток, устанавливаемых перед входом потока на рабочее колесо. Для изменения производительности вентилятора рабочие лопатки поворачиваются одновременно на некоторый угол, закручивая поступающий в вентилятор поток в сторону вращения рабочего колеса вентилятора и уменьшая этим потребление энергии на его привод. Направляющий аппарат наиболее эффективен при установке на осевых вентиляторах и дымососах и при снижении производительности тягодутьевых вентиляторов до 50%. При дальнейшем снижении производительности вентиляторов направляющий аппарат работает как обычный шибер. В связи с этим, для радиальных (центробежных) вентиляторов направляюшие аппараты применяются в комбинации с двухскоростными ассинхронными двигателями. При значительном снижении расхода воздуха (газа) производится переключение приводных электродвигателей вентиляторов на пониженную частоту вращения; в промежутке между этими переключениями регулирование осуществляется направляющими аппаратами.

Кроме представленных выше способов, регулирование количества воздуха подаваемого в топку котла может осуществляться путем изменения количества включенных в работу дутьевых вентиляторов. Однако этот способ регулирования расхода воздуха подаваемого на котел используется, в основном, в режимах растопки мощных котлоагрегатов с целью снижения расхода электроэнергии на собственные нужды котельных установок. В соответствие с требованием ПТЭ, при эксплуатации котельных установок в регулировочном диапазоне нагрузок, все тягодутьевые механизмы (дымососы и дутьевые вентиляторы) должны находиться в работе.

Эксплуатационный контроль количества подаваемого в топку воздуха осуществляется по показаниям контрольно-измерительных приборов, фиксирующих следующие основные параметры:

- коэффициент избытка воздуха (a) в режимном сечении – в точке с температурой газов не выше 600 ^оС;

- давление или разрежение (для котлов с уравновешенной тягой) топочных газов в верхней части топочной камеры котла;

- давление воздуха перед горелочными устройствами котла;

- «прозрачность» уходящих газов.

Коэффициентом избытка воздуха называется отношение действительного количества воздуха, подаваемого для горения, к теоретически необходимому количеству. Известно, что обеспечить полное сжигание топлива в реальной топке при подаче теоретического количества воздуха – невозможно. Объясняется это тем, что в реальной топке нельзя распределить подаваемый для горения воздух так, чтобы каждая молекула горючего элемента топлива получала теоретически необходимое количество молекул окислителя. Поэтому в реальных топках для полного сжигания топлива всегда приходиться подавать воздуха больше, чем это теоретически необходимо. В свою очередь, под теоретическим количеством воздуха, необходимым для горения, понимают такой минимальный объём воздуха, который необходим для полного сжигания одного килограмма твёрдого или жидкого топлива либо одного «нормального» кубического метра газообразного топлива.

При полном сжигании топлива в теоретических условиях образуются продукты сгорания представляющие собой инертную газовую смесь, состоящую из СО₂, SО₂, N₂, Н₂О. При этом, диоксид углерода и сернистый ангидрит принято объединять и называть «сухими трёхатомными газами», обозначая их через RО₂. В случае полного сжигания топлива с коэффициентом избытка воздуха больше единицы, в продуктах сгорания кроме трёхатомных газов, азота и водяных паров содержится и избыточный кислород (О₂). Если в продуктах сгорания кроме инертных газов имеются горючие газы СО, Н₂, СН₄, то такой процесс горения называется неполным.

Таким образом, коэффициент избытка воздуха в значительной мере характеризует экономичность процесса горения в реальных условиях по сравнению с теоретическими условиями и зависит, в основном, от вида топлива, способа его сжигания, конструкции топочного устройства и нагрузки котла. Так при сжигании твёрдого топлива коэффициент избытка воздуха всегда больше, чем при сжигании газа. Это обусловлено тем, что твёрдое топливо и воздух находятся в различном агрегатном состоянии, а газ и воздух в одном и том же агрегатном состоянии. При сжигании топлива в слоевой топке коэффициент избытка воздуха всегда больше, чем при сжигании в факельной топке.

В большинстве случаев коэффициент избытка воздуха в режимном сечении котла для различных топлив принимают в следующих пределах: (1, 15–1, 25) - для твердых топлив; (1, 02-1, 03) - для жидких топлив; (1, 05-1, 1) - для газовых топлив.

Уменьшение избытка воздуха дает экономию расхода электроэнергии на привод тягодутьевых машин и повышает КПД котла. Однако его сжигание ниже расчетного значения ведет к быстрому росту недожога топлива и снижению экономичности работы котла.

В общем случае, коэффициент избытка воздуха в дымовых газах может быть определен путем измерения расхода воздуха и состава продуктов сгорания. Непосредственное измерение расхода воздуха подаваемого в топку котла организовать достаточно сложно, поэтому коэффициент избытка воздуха при эксплуатационном контроле определяется по объёмному содержанию в продуктах сгорания “сухих“ трехатомных газов (RO₂), кислорода (О₂), или азота (N₂). Указанные показатели фиксируются соответствующими автоматическими газоанализаторами, устанавливаемыми на щите управления котлом.

Для расчета коэффициента избытка воздуха, в этих случаях, могут использоваться следующие формулы:

- углекислотная формула a = (RO₂^макс / (RO₂ + СО + СН₄)) _* К_a ,

где RO₂^макс - максимальное объёмное содержание трехатомных газов в сухих продуктах сгорания при отсутствии химической и механической неполноты сгорания, %. Показатель рассчитывается по элементарному составу топлива или принимается по соответствующим таблицам;

RO₂ - объёмное содержание трехатомных газов в сухих продуктах сгорания, %;

СО, СН₄ – содержание в дымовых газах соответственно оксида углерода и метана, %;

К_a - поправочный коэффициент, учитывающий вид сжигаемого топлива и принимаемый по соответствующему графику в зависимости от значения RO₂^макс / RO₂.

При постоянном элементарном химическом составе топлива и его полном сгорании углекислотная формула примет следующий вид a = (RO₂^макс / (RO₂) _* К_a;

- кислородная формула a = 21 - rO₂ / ((21 - (O₂- 0, 5СО – 0, 5Н₂ – 2СН₄)),

где Н₂ – содержание водорода в дымовых газах, %;

r - поправочный коэффициент, учитывающий вид сжигаемого топлива. Принимается равным: 0, 02 – для твердых топлив; 0, 05 - для мазута; 0, 08 - для попутного газа и 0, 1 - для природного газа. При сжигании смеси топлив коэффициент r определяется как средневзвешенное значение по тепловыделению топлив.

При постоянном элементарном химическом составе топлива и его полном сгорании кислородная формула примет следующий вид a = 21 - rO₂ / (21 - O₂).

При точных балансовых испытаниях котлоагрегатов используется азотная формула:

- при полном сгорании топлива: a = N₂ / (N₂ – 3, 76O₂);

-при неполном сгорании топлива: a = N₂/((N₂ – 3, 76(O₂ - 2СН₄ – 0, 5СО – 0, 5Н₂ )).

Регулирование давления топочных газов в верхней части топки котла.

Уровень регулируемого давления топочных газов в верхней части топки котла определяется конструкцией котла (газоплотный или негазоплотный), схемой газовоздушного тракта котла (схема с дымососами и дутьевыми вентиляторами или только с дутьевыми вентиляторами) и во всех случаях регламентируется соответствующими производственными инструкциями и режимными картами.

В схемах газовоздушного тракта газоплотных котлов транспорт воздуха до топки и продуктов сгорания до выхода в атмосферу обеспечивается только дутьевыми вентиляторами. Весь газовоздушный тракт в этом случае находится под избыточным давлением, т.е. под давлением выше атмосферного. При этом уровень давления регулируется загрузкой дутьевого вентилятора, которая, в свою очередь, определяется паропроизводительностью котла и регламентируется соответствующими режимными картами.

Если котлы негазоплотные, то воздух до топки транспортируется дутьевыми вентиляторами под избыточным давлением выше атмосферного, а дымовые газы удаляются из газового тракта котла дымососами, работающими под разрежением. В этом случае, аэродинамический режим в газовом тракте котла контролируется по разрежению в верхней части топки, которое для исключения загазованности котельного цеха продуктами сгорания и обеспечения требований пожарной безопасности, должно поддерживаться на уровне минус 2..5 мм.вод.ст. Необходимое разрежение, в этом случае, поддерживается за счет совместного воздействия на производительность дутьевых вентиляторов и дымососов. При этом производительность дутьевых вентиляторов определяется производительностью котла, а дымососов – загрузкой дутьевых вентиляторов и требованием поддержания разрежения в верхней части топки котла на уровне минус 2…5 мм.вод.ст. Таким образом, эксплуатационный контроль давления в топке котла должен вестись непосредственно по соответствующим контрольно-измерительным приборам и косвенно по загрузке тягодутьевых механизмов.

В заключение можно констатировать, что один из основных регулируемых параметров парового барабанного котла - паропроизводительность, зависит в основном от интенсивности тепловыделения в топке, которая в свою очередь, определяется параметрами топочного режима котла. Оптимальные значения параметров топочного режима (расход топлива, избытки воздуха, загрузка тягодутьевых механизмов, давление топочных газов) для соответствующих паропроизводительностей котла определяются при проведении режимно-наладочных испытаний и заносятся в, так называемую, режимную карту. В дальнейшем режимной картой оперативный персонал обязан руководствоваться при эксплуатации котлоагрегата.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: