Badanie kotła parowego

Transkrypt

1 Badanie kotła aoego Instukcja do ćiczenia n 14 Badanie maszyn - laboatoium Oacoał: d inŝ. Andzej Tataek Zakład Mienicta i Ochony Atmosfey Wocła, gudzień 2006.

2 1. Cel i zakes ćiczenia Celem ćiczenia jest zeoadzenie badań kontolnych kotła aoego OP-430, aunkach nomalnej eksloatacji Zesole Elektociełoni Wocłaskich KOGENERACJA S.A. Zakes ćiczenia obejmuje zeoadzenie omiaó okeślonych ielkości zgodnie z akuszem omiaoym załączonym do instukcji (Załącznik A). Po zeoadzeniu omiaó ykonuje się zestaienie bilansu enegii oaz yznacza saność kotła i zuŝycie alia. 2. Chaakteystyka kotła Kocioł aoy OP-430 zedstaiony na ys. 1 jest zbudoany układzie duciągoym, komoa aleniskoa jest całkoicie ekanoana, ykonana ze ścian szczelnych. Pzegzeacz ay został zaojektoany i zbudoany jako tzyczęścioy. Pieszy stoień zegzeacza (konekcyjny PK) jest umieszczony gónej części dugiego ciągu Rys. Andzej Tataek Rys. 1. Kocioł aoy OP-430; ydajność nominalna kotła 120 kg/s, temeatua ay zegzanej 540 C, ciśnienie ay zegzanej 13,5 MPa 2

3 Dugi stoień (PG), ółoomienioany, zbudoany fomie godzi jest umieszczony nad komoą aleniskoą, zed festonem ęczkiem konekcyjnym utozonym z u ekanu tylnego komoy aleniskoej. Tzeci stoień zegzeacza (ylotoy PW) znajduje się kanale międzyciągu. Pomiędzy zegzeaczami PK i PG oaz PG i PW znajdują się tyskoe egulatoy temeatu ay zegzanej. Podgzeacz ody (ECO) jest zaieszony na uach ieszakoych dugim ciągu kotła. Do ozalania kotła słuŝą alniki mazutoe. Paliem odstaoym jest ęgiel kamienny salany ostaci yłu ęgloego. Kocioł jest yosaŝony instalację z bezośednim zasilaniem z młynami śedniobieŝnymi kuloo-misoymi MKM. Palniki yłoe są zabudoane naoŝach komoy aleniskoej Pzeły czynnika ogzeającego (salin) kotle Pzy załoŝeniu enych uoszczeń oisie konstukcji kotła (n. ominięcie zegzeacza sufitoego) zeły salin moŝna zedstaić nastęujący sosób. Saliny ostałe komoze aleniskoej oddają część sojego cieła uom aonika (ekanom) tozącym ściany szczelne, a nastęnie zełyają zez zegzeacz godzioy (PG). Dalej łyną zez feston ęczek konekcyjny utozony z u ekanu tylnego komoy aleniskoej, będący częścią aonika. Kolejnym zegzeaczem na dodze salin jest tzeci stoień zegzeacza ay śieŝej zegzeacz ylotoy (PW), umieszczony międzyciągu. Za nim znajduje się zegzeacz konekcyjny (PK) będący ieszym stoniem zegzeacza ay śieŝej. Dalej saliny zełyają zez odgzeacz ody (ECO) umieszczony dugim ciągu kotła. Za kotłem saliny ozdzielane są na da kanały salin (stona lea i stona aa) i kieoane do dóch obotoych odgzeaczy oietza LUVO. Nastęnie saliny łyną do elektofiltó. Pzeły salin jest ymuszony entylatoami salin. Aby sełnić ymagania ochony śodoiska kotle sala się ęgiel kamienny o niskiej zaatości siaki, stąd stęŝenia SO 2 są na zadoalającym oziomie. Pozez odoiedni ozdział oietza, ył ęgla kamiennego jest salany stefie alnikoej z niedomiaem utleniacza (oietza), a esztę oietza dooadza się do komoy salania za omocą secjalnych dysz SOFA. Jest to ieotna metoda edukcji tlenkó azotu, któe oznaczamy symbolem NO x ( kotłach yłoych dominują NO i NO 2 ). Usuanie części stałych ze salin (oiół lotny) odbya się elektofiltach zaeniających ysoką skuteczność odylania Pzeły czynnika ogzeanego (oda aa odna) kotle Na ys. 2 zedstaiono uoszczony schemat zełyu ody i ay odnej kotle uzględniający tylko najaŝniejsze oiezchnie ogzealne kotła. 3

4 Woda zasilająca tłaczana do kotła za omocą omy zasilającej zełya zez odgzeacz ody ECO odzielony na die stony leą i aą. Nastęnie odgzana oda zełya do alczaka. Woda z alczaka za omocą sześciu centalnych u oadoych soadzana jest do komó dolnych ekanó i ozdzielana jest na cztey ściany komoy aleniskoej. W yniku dalszego ogzeania uach ekanoych komoy aleniskoej (aonik) część ody ulega odaoaniu. Na skutek óŝnicy gęstości mieszanina odno-aoa unosi się ku góze i zełya do gónych komó zbioczych, skąd jest kieoana do alczaka. Woda, oddzielona od ay odnej, ononie zełya gaitacyjnie do aonika, natomiast aa odna łynie na tzystonioy zegzeacz. Po ozdzieleniu na die nitki (lea i aa) aa odna zełya kolejno zez zegzeacz konekcyjny (PK), nastęnie zegzeacz godzioy (PG) i ostatni stoień zegzeu zegzeacz ylotoy (PW). Pomiędzy ieszym i dugim oaz dugim i tzecim stoniem zegzeacza znajdują się tyskoe egulatoy temeatu ay zegzanej. Paa śieŝa na tubinę L PW P L P PG ECO PAR PK Woda zasilająca Rys.2. Schemat zełyu ody i ay odnej kotle; ( ) czaną koką oznaczono unkty omiaoe 4

5 3. Bilans enegii kotła aoego Rónane bilansu enegii moŝna zaisać ostaci: = + gdzie: d stumień cieła dooadzonego do kotła, kw; u stumień cieła zekazany czynnikoi kotle, kw; s stumień cieła stat, kw. d u s Z guy stat ymienianych zyadku bilansoania óŝnego odzaju kotłó (usztoe, yłoe, fluidalne lub gazoe, czy olejoe) oganiczymy się jedynie do oniŝszych ielkości: = gdzie: stata ylotoa, kw; n stata niezuełnego salania, kw; z stata niecałkoitego salania ŜuŜlu, kw; stata niecałkoitego salania oiele lotnym, kw; stata omienioania, kw. s n z 4. Saność kotła aoego Cielną sanością kotła nazyamy stosunek stumienia cieła zekazanego czynnikoi kotle, do stumienia cieła dooadzonego do kotła: η k = Cielną saność kotła moŝna yznaczyć diema metodami bezośednią i ośednią. u d Wyznaczenie saności kotła metodą bezośednią Kocioł OP-430 nie ma międzystonioego zegzeacza ay, ięc zó będzie miał ostać: ( i iz ) 100 D η k =, % B gdzie: D stumień masy ay ytazanej kotle (ydajność kotła), kg/s; i entalia ay zegzanej, kj/kg; i z entalia ody zasilającej, kj/kg; B stumień masy salanego alia, kg/s; atość oałoa alia, kj/kg. 5

6 Wyznaczenie saności kotła metodą ośednią Tę metodę yznaczania saności stosuje się zyadku, gdy zeoadzenie omiau stumienia masy salanego alia nie jest moŝlie z dostateczną dokładnością η k = 100 S, % W saozdaniu uzględniamy nastęujące staty: S = S + S + S + S + S gdzie: S stata ylotoa, %; S n stata niezuełnego salania, %; S z stata niecałkoitego salania ŜuŜlu, %; S stata niecałkoitego salania oiele lotnym, %; S stata omienioania, %. n z 5. Wyznaczanie stat cielnych kotła 5.1. Stata ylotoa Jest soodoana tym, Ŝe temeatua sali za ostatnią oiezchnią ogzealną kotła jest yŝsza od temeatuy oietza dooadzanego do kotła ( V c + V c ) ( t t ) = B ss s H 2O _ H 2O s o _, kw gdzie: B stumień masy salanego alia, kg/s; V ss objętość salin suchych uzyskanych ze salenia 1 kg alia aunkach umonych, um 3 /kg; c _s śednie cieło łaście salin suchych zy stałym ciśnieniu aunkach umonych, kj/um 3 K; V H2O objętość ay odnej ostałej ze salenia 1 kg alia aunkach umonych, um 3 /kg; c _H2O śednie cieło łaście ay odnej zy stałym ciśnieniu aunkach umonych, kj/um 3 K; t s temeatua salin za ostatnią oiezchnią ogzealną kotła, C; t o temeatua oietza dooadzonego do kotła (aktycznie temeatua otoczenia), C. W sytuacji, gdy nie dysonujemy dokładnym omiaem stumień masy salanego alia B, moŝemy skozystać ze zou Siegeta na statę ylotoą yaŝona %: 6

7 S ( t t ) s o + 0,59 CO = σ, % CO + CO 2 gdzie: σ sółczynnik Siegeta zaleŝny od odzaju salanego alia, zaatości ilgoci aliie oaz udziału CO 2 salinach (ys. 3); CO 2 zaatość dutlenku ęgla salinach za kotłem, %; CO zaatość tlenku ęgla salinach za kotłem, %; jeśli udział CO < 0,3% to nie uzględniamy tej ielkości e zoze. Rys. 3. Wsółczynnik σ do zou Siegeta 7

8 5.2. Stata niezuełnego salania Jest soodoana obecnością salinach gazó alnych, n. CO, CH 4 lub H 2. MoŜna załoŝyć, Ŝe jedynym oduktem salania niezuełnego jest tlenek ęgla. Wtedy zó na statę niezuełnego salania moŝemy zaisać: CO n = B Vss CO, kw 100 gdzie: B stumień masy salanego alia, kg/s; V ss objętość salin suchych uzyskanych ze salenia 1 kg alia aunkach umonych, um 3 /kg; CO atość oałoa tlenku ęgla, ynosi kj/um 3 ; CO zaatość tlenku ęgla salinach za kotłem, %. Stata niezuełnego salania yaŝona %: S n B V = ss CO CO V 100 = B gdzie: atość oałoa alia, kj/kg. ss CO CO 100, % 5.3. Stata niecałkoitego salania ŜuŜlu Stata ystęuje tylko zy salaniu ali stałych i soodoana jest obecnością niesalonych cząstek alia ŜuŜlu. z CZ = ś 100 C, kw gdzie: ś stumień masy ŜuŜla usuanego z aleniska, kg/s; C Z zaatość części alnych ŜuŜlu, %; C atość oałoa ieiastka ęgla, ynosi kj/kg. Ze zględu na tudności dokładnym yznaczeniu stumienia masy ŜuŜla usuanego z aleniska musimy osłuŝyć się innym zoem. Zakłada się, Ŝe udział części minealnych, czyli oiołu, ziązanych komoze aleniskoej kotłó yłoych ynosi 0,2 (ŜuŜel), a eszta to części minealne oyane ze salinami 0,8 (oiół lotny). S z 0,2 A = C CZ 100 C gdzie: A zaatość oiołu aliie oboczym, %. Z, % 8

9 5.4. Stata niecałkoitego salania oiele lotnym Stata ystęuje tylko zy salaniu ali stałych i soodoana jest obecnością niesalonych cząstek alia oiele lotnym. CP = P 100 C, kw gdzie: P stumień masy oiołu lotnego unoszonego ze salinami z aleniska, kg/s; C P zaatość części alnych oiele lotnym, %; C atość oałoa ieiastka ęgla, ynosi kj/kg. Ze zględu na tudności dokładnym yznaczeniu stumienia masy oiołu lotnego unoszonego ze salinami z aleniska osługujemy się zoem: S 0,8 A = C CP 100 C P, % 5.5. Stata omienioania (stata do otoczenia) Stata ystęuje na skutek oddaania cieła do otoczenia zez elementy konstukcji kotła. Pzy metodzie ośedniej yznaczania saności kotła, statę omienioania odczytuje się z ykesu zedstaionego na ys. 4 dla okeślonej mocy cielnej kotła. u ( i i ) = D, kw gdzie: D stumień masy ay ytazanej kotle (ydajność kotła), kg/s; i entalia ay zegzanej, kj/kg; i z entalia ody zasilającej, kj/kg; z Rys. 4. Stata omienioania (stata do otoczenia) b dla ęgla kamiennego 9

10 6. Obliczenia omocnicze Wsółczynnik nadmiau oietza Wsółczynnik nadmiau oietza moŝemy z ystaczającą dokładnością yznaczyć z oniŝszego zou: CO n = CO gdzie: CO 2max maksymalny udział dutlenku ęgla salinach ostałych odczas całkoitego i zuełnego salenia ęgla kamiennego aunkach stechiometycznych; do obliczeń zyjmujemy CO 2max = 18,8%; CO 2 udział dutlenku ęgla badanych salinach, %. 2max 2 Jeśli nie było omiau dutlenku ęgla salinach, to kozystamy ze zou: CO 2, 9 gdzie: O 2 udział tlenu badanych salinach, %. = 20 O, % 2 Teoetyczne zaotzeboanie oietza W zyadku, gdy nie znamy ełnego składu chemicznego alia, a dysonujemy tylko atością oałoą, moŝemy osłuŝyć się zoem zybliŝonym: t V = 1, ,5, um 3 /kg 4186,8 Teoetyczna objętość salin ilgotnych t V sm = 0,86 + 1,65, um 3 /kg 4186,8 Rzeczyista objętość salin ilgotnych V sm t sm t ( n ) V = V + 1, um 3 /kg Objętość ay odnej salinach V H H W t O = + 0,01 22,4 + 1, 61 d n V 2 18, um 3 /kg 2 gdzie: H zaatość odou aliie oboczym, %; W zaatość ilgoci aliie oboczym, %; d zaatość ilgoci oietzu dooadzanym do kotła, zyjmujemy do obliczeń d=10 g ilgoci / 1 kg oietza = 0,01 kg ilgoci/kg oietza; n sółczynnik nadmiau oietza. 10

11 Objętość salin suchych Vss Vsm VH 2O =, um 3 /kg Pzeliczanie zaatości (stęŝeń) tlenku ęgla Z systemu kontolno-omiaoego kotła OP-430 otzymujemy stęŝenie tlenku ęgla mg/um 3, a inteesuje nas udział CO %. Wiedząc, Ŝe 1 m CO = 1,0115 mg/um 3 moŝemy ykonać zeliczenie, n.: Zmiezono 20 mg/um 3 CO salinach, ięc udział % ynosi: CO ,0115 ( m) = 19,77 m = 19,77 10 % = 0,001977% 7. Gaficzne zedstaienie bilansu kotła ykes Sankeya W saozdaniu naleŝy soządzić ykes Sankeya dla kotła aoego OP-430. Na ysunku 5 zedstaiono zykładoy ykes. n z d u Rys. 5. Wykes Sankeya bilans enegii kotle Pzy oacoaniu instukcji kozystano z Pomiay cielne i enegetyczne, ac. zbiooa od ed. M. Mieszkoskiego, Wydanie II, WNT, Waszaa

12 Ćiczenie n 14. Badanie kotła aoego Załącznik A Imię i nazisko N guy Data Akusz omiaoy b =... hpa Paa śieŝa Woda zasilająca Paamety salin Paamety oietza Analiza salin Analiza alia Analiza ŜuŜla i oiołu Wielkość miezona Symbol Jednostka Watość Stumień masy ay śieŝej D Mg/h Temeatua ay śieŝej t C Ciśnienie ay śieŝej MPa Stumień masy ody zasilającej D z Mg/h Temeatua ody zasilającej t z C Ciśnienie ody zasilającej z MPa Stumień masy ody na tyski D t Mg/h Ciśnienie komoze aleniskoej k Pa Temeatua salin za ECO t s_eco C Ciśnienie salin za ECO s_eco Pa Temeatua salin za LUVO t s_luvo C Ciśnienie salin za LUVO s_luvo Pa Temeatua zed LUVO t o1 C Temeatua za LUVO t o2 C Ciśnienie zed LUVO o1 Pa Ciśnienie za LUVO o2 Pa Zaatość O 2 O 2 % Zaatość CO 2 CO 2 % Zaatość CO CO mg/um 3 Zaatość SO 2 SO 2 mg/um 3 Zaatość NO x NO x mg/um 3 Watość oałoa kj/kg Zaatość oiołu A % Zaatość ilgoci W % Zaatość odou H % Zaatość części alnych oiele lotnym C P % Zaatość części alnych ŜuŜlu C ś % 12