Факультет енергомеханіки і автоматизації.
Кафедра гірничої електротехніки і автоматики
група ГЕА-96 Степанцов Ю.А.
керівник доц. к.т.н. Гавриленко Б.В.
Магістерська дисертація на тему: "Регулювання теплової продуктивності котлоагрегату, обладнаного топкою низькотемпературного киплячого шару".
Однак поряд з явними перевагами використання котлів з топками низькотемпературного киплячого шару (далі НТКС), багаторічний досвід їх експлуатації показав і їх явні недоліки. Головним недоліком є складність регулювання продуктивності котла, що обумовлено вузьким діапазоном робочих температур топки НТКШ, так як при збільшенні температури киплячого шару вище 900-950 0 С відбувається шлакування шару, що є аварійною ситуацією і викликає необхідність зупинки котла. При зниженні температури шару до 750 0 С горіння стає нестійким і і можливо його припинення, що викликає необхідність повторного запуску котла, що пов'язане з тимчасовими і трудовими затратами. В ручному режимі якісне управління процесом спалювання палива в топці НТКС неможливо, а існуюча система автоматизації топки, виконана на базі регулятора Р25 вже морально застаріла, тому виникла необхідність в розробці нової системи автоматизації, побудованої з використанням сучасної елементної бази (програмованих мікроконтролерів) і дозволяє здійснити технічні рішення, недоступні при використанні регуляторів Р25.
1 ТЕХНОЛОГІЯ спалювання палива на топці низькотемпературного киплячого шару
Процес спалювання палива в топках низькотемпературного киплячого шару
Паливо в топках НТКШ спалюється в псевдозрідженому шарі, що сприяє суттєвому поліпшенню доступу кисню до палива в процесі горіння, і як наслідок інтенсифікації горіння і тепловіддачі до поверхонь нагріву, а також більш повному згорянню палива. Дані фактори дозволяють зменшити обсяг топкового простору, а отже і металоємність котлів, сприяють економії 1-5% палива.
Псевдозрідженим (киплячий) шар являє собою сукупність полідисперсних частинок, через які продувається ожіжающего повітря з певною швидкістю, достатньою для зрідження і не перевищує швидкість виносу частинок палива з топки. При цьому частки палива знаходяться в підвішеному стані і інтенсивно перемішуються за обсягом топки, завдяки чому поліпшується надходження повітря до всіх частинкам палива і інтенсифікується процес горіння.
Схема, яка пояснює роботу топки низькотемпературного киплячого шару, представлена на малюнку 1.
Дутьевой повітря для зрідження шару подається в топку через повітророзподільні грати за допомогою високонапірного дутьевого вентилятора ВМЦ-6 зі швидкістю достатньою для кипіння шару (2,5-4 м / с). Коефіцієнт надлишку повітря, що подається в топку на 1кг вугілля становить 1,2-1,6 теоретично необхідного для згоряння палива.
Паливо в топку подається з паливного бункера за допомогою забрасивателем барабанного типу ЗП-600. Причому фракційний склад палива не повинен перевищувати 13 мм, що випливає з умов псевдоожиження шару. Необхідний фракційний склад палива забезпечується за допомогою застосування дробарки або вузла відсіву на стадії паливопідготовки і в вугільний бункер надходить паливо з фракцією до 13 мм.
Зола з зольного бункера видаляється на конвеєр золоудаления за допомогою розвантажувача хитається типу, що складаються з столу з отворами для прокидання золи, кривошипно-шатунного механізму, редуктора і електродвигуна.
1.2 Характеристика палива, що спалюється в топках низькотемпературного киплячого шару. Паливопідготовки і топлівоподача
На стійку і безаварійну роботу топки низькотемпературного киплячого шару впливають такі характеристики і властивості твердого палива, як вологість, зольність, плавкість золи, фракційний склад, вихід летючих.
Вологість вугілля має незначний вплив на процес спалювання їх в киплячому шарі. Однак з умов забезпечення працездатності забрасивателем допустима вологість не повинна перевищувати 10-12%. Крім того, при підвищеній вологості ускладнюється закид палива через залипання його в бункері. Перспективним напрямком в плані підвищення надійності роботи котлоагрегатів є розробка забрасивателем, що забезпечують рівномірний закид палива з вологістю до 25%.
Зольність спалюваних вугілля може знаходиться в межах від 15 до 80%. Значення зольності нижче 15% може привести до зменшення кількості інертного наповнювача і, отже, до порушення процесу спалювання в киплячому шарі.
Плавкість золи значно впливає на стійкість роботи топки з низькотемпературним киплячим шаром, т. К. Від температури початку розм'якшення золи залежить допустима температура в шарі по її верхній межі регулювання.
Фракційний склад палива з умов забезпечення псевдоожиження шару не повинен перевищувати 13 мм. Однак, при великій кількості дрібних фракцій (0-1 мм) збільшуються втрати тепла з механічним недожогом в віднесенні.
Вихід летючих впливає на температуру займання палива. Високий вихід летючих забезпечує більш низьку температуру займання вугілля, знижуючи витрату рідкого палива під час розпалу. При розпаленні на худих вугіллі, шламах вуглезбагачення і антраітах (температура займання від 600 до 800 С) доцільно при досягненні температури 450-550 С виробляти подачу невеликих кількостей вугілля марок Д або Г з температурою займання від 400 до 500 С.
Одна з переваг топок киплячого шару полягає в тому, що їх можна використовувати для спалювання багатьох видів палив для виробництва тепла або як пристрої для знищення горючих відходів, в деяких випадках з корисним використанням тепла і у всіх випадках зі спрощенням проблеми шкідливих викидів.
Такими паливами можуть бути всі види вугілля, відходи процесів переробки вугілля, вугільно-водяні суспензії, нафтові, сланцеві масла, шлами нафтопереробки, торф, деревина, щепа, тирса, газ, побутові відходи, лакофарбові відходи, відходи паливного походження, зношені автомобільні покришки ( подрібнені).
Однак для кожного палива топка вимагає спеціального проектування.
1.3 Ефективність спалювання палива в топках НТКШ
Вважають, що на ефективність спалювання палив в топках киплячого шару впливають такі чинники: коефіцієнт надлишку повітря, температура в шарі, швидкість ожіжающего повітря, час перебування частинок вугілля (відношення глибини киплячого шару до висоти надшарового простору, кратність рециркуляції летючої золи), фракційний склад вугілля .
Коефіцієнт надлишку повітря впливає на повноту згоряння, коли відсутня рециркуляція летючого попелу. Повнота згоряння може змінюватися від 85% при надлишку повітря 5% до 95% при надлишку 25%.
Температура в слое- також важливий фактор, що впливає на ефективність згоряння. Однак, як зазначено вище, ця температура повинна бути обмежена межею 950 0 С.Увеліченіе температури від 800 0 до 900 0 С веде до підвищення ефективності згоряння приблизно на 3% при надлишку повітря 25%.
Підвищення швидкості ожіжающего повітря, як слід очікувати, збільшує винесення незгорілих частинок вуглецю із зони горіння. Крім того, збільшується турбулентність в шарі, покращуючи перемішування палива по всьому об'єму. Для нормальних робочих умов вплив швидкості зрідження незначно.
Загальний час перебування вугільних частинок в зоні горіння (при досить високій температурі) істотно для ефективності згоряння. Час перебування залежить від товщини (висоти) киплячого шару і відносини товщини шару до висоти вільного простору топки. Щоб підвищити час перебування і тим самим поліпшити ефективність згоряння, вважають за краще збільшувати висоту вільного простору, а не товщину шару. Того ж результату можна досягти, встановивши циклон камеру згоряння за вільною зоною, що широко практикується в Китаї. Альтернативною є застосування системи рециркуляції виносу з поверненням летючого попелу з недогоревшей вуглецем в киплячому шарі. Так як повернуті частки коксу після короткого підігріву в киплячому шарі повинні згоряти в надшарового просторі, температура в ньому повинна підтримуватися на достатньо високому рівні, щоб забезпечити певний ступінь допалювання вуглецю.
Фракційний склад вугілля важливий тільки для деяких типів вугілля, коли не використовується рециркуляція золи. Вплив фракційного складу вугілля на ефективність згоряння залежить від поведінки різних вугільних частинок в киплячому шарі.
2 СПОСОБИ ЗМІНИ ТЕПЛОВОЇ НАВАНТАЖЕННЯ топки
Температуру в топці киплячого шару необхідно регулювати в робочих межах, які визначаються характеристиками палива і вимогами зв'язування сірки. Температура повинна бути досить високою для того, щоб підтримати горіння палива, але не настільки, щоб відбувалося оплавлення золи. Звичайний діапазон температур 800-950 0 С. Оптимальна температура для зв'язування сірки близька до 850 0 С. Швидкість згоряння високоякісного вугілля в киплячому шарі становить близько 1,5 МВт / м 2 (площі шару) при надлишку повітря 25% і швидкість ожіжающего агента 2 , 5м / с.
Близько половини тепла, що виділяється витрачається на підвищення температури повітря і палива, що подаються в шар, а інша половина поглинається теплосприймаючої трубами, зануреними в киплячий шар.
Там, де необхідно знизити навантаження, необхідно одночасно знижувати витрати вугілля івоздуха для підтримки ефективної роботи топки у всьому діапазоні регулювання. Разом з цим зміною навантаження в тій же пропорції повинен зменшуватися тепловий потік до занурених трубах. За рахунок зміни температури шару можна досягти лише порівняно невеликого зменшення навантаження. Набагато більший діапазон регулювання можливий при розподілі шару на кілька сегментів, які в залежності від необхідного навантаження можуть бути в підвішеному або нерухомому станах При використанні цього методу регулювання кількості інертного матеріалу в киплячому шарі залишається постійним. Недолік методу полягає в тому, що динамічний відгук залежить від теплоємності шару і, отже, буде кілька уповільненим.
Метод регулювання навантаження, заснований на використанні взаємозв'язку між ступенем розширення киплячого шару і швидкістю зрідження для зміни висоти шару і, таким чином, зануреної величини теплосприймаючої поверхні, забезпечує можливість отримання широкого діапазону регулювання навантаження з коротким перехідним процесом, так як тепловий потік до занурених трубах приблизно в 4 рази перевищує тепловий потік до труб, що знаходяться над киплячим шаром.
При регулюванні навантаження зміною висоти киплячого шару охолоджувані труби розміщуються таким чином, щоб їх контакт з киплячим шаром поступово збільшувався в міру зміни швидкості ожіжающего повітря і щоб тепловоспріятіе їх було погоджено зі зміною навантаження. Так як температура в шарі не змінюється, тривалість перехідного періоду мала (швидкість зміни нагрузкі5% в 1хв). Даний спосіб дозволяє забезпечити діапазон зміни нагрузкі3 / 1. Він використовується в більшості котлів з топками киплячого шару, використаними в останні роки.