КОТЛЫ-УТИЛИЗАТОРЫ. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
Основным производителем котлов-утилизаторов является Белгородский котельный завод, разработавший совместно с НПО ЦКТИ более 200 конструкций различных типов котлов-утилизаторов.
Среди различных типов котлов-утилизаторов в отдельную группу выделены газотрубные котлы. Маркировка газотрубных котлов: Г - горизонтальный, В – вертикальный, Б – с выносным барабаном–сепаратором, И – с предвключенной испарительной поверхностью, П – с пароперегревателем, Э – с экономайзером.
Котлы Г-150, Г-420, Г-950 предназначены для охлаждения технологических газов с целью конденсации паров серы и получения насыщенного пара в процессе обезвреживания сероводородных газов. Котлы Г-250, Г-345, Г-250П, Г-345П, Г550П, Г-145Б, Г-1030Б, Г-330БИ, Г-445БИ, Г-660БИ предназначены для выработки насыщенного пара за счет использования тепла технологических и отходящих газов в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности. Вертикальные котлы В-90Б и Г-460Б предназначены для охлаждения конвертированных газов и производства насыщенного пара. Котлы Г-400ПЭ и Г-420БПЭ предназначены для получения перегретого пара за счет использования тепла отходящих газов из газовой турбины и тепла нитрозных газов в схеме получения слабой азотной кислоты. Энерготехнологические котлы КС-200 ВТКУ-М и КС-450 ВТКУ-М устанавливаются за печами обжига серного колчедана в кипящем слое производительностью 200 и 450 т/сут. Ранее для этих целей выпускали котлы марок УККС (водотрубные) и ГТКУ (газотрубные). Котлы–утилизаторы серии КУ предназначены для выработки перегретого пара на основе использования физического тепла газов, выходящих из мартеновских, нагревательных и других технологических печей. Центральный пароперегреватель ЦП-60-С предназначен для перегрева насыщенного пара, вырабатываемого котлами-утилизаторами. В качестве топлива применяется доменный газ с теплотой сгорания не менее 1000 ккал/м3 . Энерготехно- логический котел СЭТА-Ц-100-2М предназначен для установки в технологи- ческой линии получения серной кислоты. Сжигание серы осуществляется в циклонном предтопке с коэффициентом избытка воздуха α=2. Котел энерго- технологический ПКС-Ц-10/40 предназначен для сжигания сероводорода и охлаждения продуктов сгорания. Котлы –утилизаторы КСТК-35/40-100 и КСТ-80 предназначены для охлаждения газов, поступающих в них из камеры сухого тушения кокса и выработки перегретого пара. Охладители конверторных газов (ОКГ) предназначены для дожигания и охлаждения газов, выходя- щих из сталеплавильных конверторов. Характеристики некоторых типов котлов-утилизаторов приведены в табл. 1, 2, 3, 4. Основными элементами котла-утилизатора являются барабан, испарительная поверхность нагрева, пароперегреватель и водяной экономайзер. В отдельных случаях могут отсутствовать пароперегреватель или водяной экономайзер, или оба вместе. Принципиальная расчетная схема котла- утилизатора дана на рис. 2.1. При начальной температуре газов ниже 800°С пароперегреватель, как правило, располагается первым по ходу газов. Приведенный ниже порядок теплового расчета котла-утилизатора как раз и рассматривает этот чаще всего встречающийся на практике случай. Для реальных условий эксплуатации необходимо уметь оценивать производительность имеющегося оборудования при различных расходах и параметрах отходящих газов. Целью расчета является определение количества теплоты, воспринимаемой имеющимися поверхностями нагрева и паропроизводительности котла-утилизатора при заданных параметрах.
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.1 Основные технические характеристики котлов-утилизаторов
| Тип котла | Назначение | Паропроизводительност, т\ч | Давление, МПа | Температура, С0 | Объем дымовых газов, м3/ч | Температура газов перед котлом, Со | Температура уходящих газов Со | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
| Г-150 | Охлаждение технологических газов в процессе обезвреживания сероводородных газов
| 0,53 | 0,5 | 151 | 2293 | 360 | 159 | ||
| Г-420 | 1,0 | 0,5 | 151 | 7257 | 280 | 155 | |||
| Г-950 | 5,0 | 0,5 | 151 | 21870 | 287 | 161 | |||
| Г-250 | Охлаждение технологических газов | 3,2 | 1,4 | 194 | 16000 | 600 | 270 | ||
| Г-345 | 8,1 | 1,4 | 194 | 40000 | 600 | 260 | |||
| Г-250П | 3,1 | 1,4 | 240 | 16000 | 600 | 260 | |||
| Г-345П | 7,9 | 1,4 | 260 | 40000 | 600 | 250 | |||
| Г-550П | 11,6 | 1,4 | 280 | 55000 | 600 | 240 | |||
| Г-145Б | 4,7 | 1,4 | 194 | 8000 | 1200 | 280 | |||
| Г-1030Б | 31 | 1,4 | 194 | 50000 | 1200 | 240 |
Окончание таблицы 2.1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |||
| Г-330БИ |
| 9,5 | 1,4 | 194 | 15000 | 1200 | 310 | |||
| Г-445БИ | 15,7 | 1,4 | 194 | 25000 | 1200 | 250 | ||||
| Г-660БИ | 23,3 | 1,4 | 194 | 35000 | 1200 | 235 | ||||
| В-90Б | 5,0 | 0,8 | 170 | 25000 | 850 | 560 | ||||
| В-460Б | 6,6 | 1,4 | 194 | 60000 | 400 | 225 | ||||
| Г-400ПЭ | В производстве азотной кислоты | 7,5 | 1,6 | 230 | 66500 | 405 | 185 | |||
| Г-420БПЭ | 25 | 15 | 250 | 56200 | 900 | - | ||||
| КС-200 ВТКУ-м | За обжиговыми печами кипящего слоя | 11 | 4 | 440 | 20000 | 900 | 450 | |||
| КС-450 ВТКУ-М | 25 | 4 | 440 | 44000 | 900 | 450 | ||||
| УККС 8/40 | 8 | 4,0 | 450 | 20740 | 825 | 350 | ||||
| УККС 4/40 | 4 | 4,4 | 255 | 10370 | 900 | 350 | ||||
| КС-100 ГТКУ | 7,1 | 4,3 | 255 | 10370 | 900 | 350 | ||||
| КС-200 ГТКУ | 11 | 4,0 | 450 | 20740 | 900 | 430 | ||||
| КУ-40-1 | Использование теплоты отходящих газов на предприятиях черной металлургии
| 12,9 | 4,5 | 385 | 40000 | 850 | 248 | |||
| КУ-40-1 | 13,45 | 1,8 | 385 | 40000 | 850 | 227 | ||||
| КУ-60-2 | 19 | 4,5 | 392 | 60000 | 850 | 252 | ||||
| КУ-60-2 | 19,9 | 1,8 | 366 | 60000 | 850 | 229 | ||||
| КУ-80-3 | 25,8 | 4,5 | 385 | 80000 | 850 | 248 | ||||
| КУ-80-3 | 26,9 | 1,8 | 358 | 80000 | 850 | 227 | ||||
| КУ-100-1 | 32,6 | 4,5 | 382 | 100000 | 850 | 242 | ||||
| КУ-100-1 | 33,9 | 1,8 | 360 | 100000 | 850 | 242 | ||||
| КУ-125 | 40,8 | 4,5 | 385 | 125000 | 850 | - | ||||
| КУ-125 | 42,4 | 1,8 | 365 | 125000 | 850 | - | ||||
| КУ-100-Б | 32,5 | 1,8 | 395 | 100000 | 850 | 232 | ||||
| КУ-150 | 50,5 | 4,5 | 393 | 150000 | 850 | 213 | ||||
| КСТК-35/40-100 | Котел-утилизатор установки | 32,4 | 4 | 440 | 100000 | 800 | 170 | |||
| КСТ-80 | 20 | 3,9 | 440 | 73944 | 800 | 180 | ||||
Таблица 2.2 Основные технические характеристики котлов-утилизаторов с сжиганием топлива
| Тип котла | Назначение | Паропроизводительност, т\ч | Давление, МПа | Температура, С | Вид топлива | Расход топлива | Температура уходящих газов С |
| СЭТА-Ц-100-2М | Энерготехнологический агрегат | 13,1 | 4 | 440 | Сера | 100 т/сут | 490 |
| ПКСЦ-10/40 | 9,5 | 4 | 354 | Сероводород | 1600 м3/ч | 589 | |
| ЦП-60-С | Центральный пароперегреватель | 40 | 1,9 | 216-380 | Доменный газ | 4605 м3/ч | 204 |
Таблица 2.3 Основные конструктивные размеры элементов газотрубных котлов-утилизаторов
| Типоразмер котла | Дымогарные трубы | ||||
| Диаметр и толщина, D x d,мм | Количество n, шт | Суммарное наружное сечение ∑fif м2 | Суммарное внутреннее сечение ∑fof м2 | Длина, мм | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Г-150 | 32х3 | 356 | 0,286 | 0,08 | 4960 |
| Г-420 | 32х3 | 1044 | 0,839 | 0,236 | 4960 |
| Г-420 | 32х3 | 1600 | 1,286 | 0,362 | 8100 |
| Г-950 | 50х3 | 500 | 0,981 | 0,76 | 3610 |
| Г-345, Г-345П | 50х3 | 500 | 0,981 | 0,76 | 4960 |
| Г-550П | 50х3 | 700 | 1,373 | 1,064 | 4960 |
| Г-145Б | 50х3 | 212 | 6,416 | 0,322 | 4960 |
Окончание таблицы 2.3
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Г-1030Б | 50х3 | 1032 | 2,025 | 1,569 | 7300 |
| Г-330БИ | 50х3 | 648 | 1,271 | 0,985 | 3400 |
| Г-445БИ | 50х3 | 648 | 1,271 | 0,985 | 4960 |
| Г-660БИ | 50х3 | 648 | 1,271 | 0,985 | 7300 |
| В-90Б | 80х3,5 | 99 | 0,497 | 0,414 | - |
| В-460Б | 50х3 | 648 | 1,271 | 0,985 | 4960 |
| Г-400ПЭ | 50х3 | 790 | 1,550 | 1,208 | 3610 |
| Г-420БПЭ | 50х3 | 480 | 0,942 | 0,729 | 6300 |
Таблица 2.4 Расчетно-конструктивная характеристика конвективных, змеевиковых унифицированных КУ
| Характеристика | Типоразмер котла | Испарительные пакеты, м2 | Пароперегреватель | Экономайзер | |||||
| 1-й | 2-й | 3-й | 4-й | ||||||
| Расчетная площадь поверхности нагрева, F, м2 | КУ-40-1 | 30 | 109,5 | 122 | 110,5 | 43,5 | 185 | ||
| КУ-60-1 | 46 | 173 | 92 | 175 | 70 | 247 | |||
| КУ-80-3 | 60 | 219 | 244 | 221 | 87 | 370 | |||
| КУ-100-1 | 85 | 285 | 315 | 295 | 110 | 460 | |||
| КУ-125 | 110 | 370 | 410 | 380 | 144 | 615 | |||
| КУ-150 | 133,2 | 415 | 475 | 436 | 166 | 725,1 | |||
| Число параллельно включенных змеевиков, z | КУ40-1 | 18 | 38 | 38 | - | 19 | 12 | ||
| КУ-60-2 | 28 | 60 | 60 | - | 30; 60 | 16 | |||
| КУ-80-3 | 36 | 76 | 76 | - | 38; 76 | 24 | |||
| КУ-100-1 | 40 | 80 | 80 | - | 40; 80 | 24 | |||
| КУ-125 | 52 | 104 | 104 | - | 52; 104 | 32 | |||
| КУ-150 | 64 | 120 | 120 | - | 60 | 32 | |||
| Площадь живого сечения для прохода продуктов сгорания, Fп.с. м2 | КУ40-1 | 4,315 | 3,17 | 3,17 | 2,885 | 3,17 | 3,18 | ||
| КУ-60-2 | 7,0 | 5,06 | 5,06 | 4,63 | 5,066 | 4,55 | |||
| КУ-80-3 | 8,63 | 6,34 | 6,34 | 5,77 | 6,34 | 6,36 | |||
| КУ-100-1 | 10,8 | 8,04 | 8,04 | 7,35 | 8,04 | 7,67 | |||
| КУ-125 | 13,2 | 10,3 | 10,3 | 9,4 | 10,3 | 9,8 | |||
| КУ-150 | 16,6 | 12,5 | 12,5 | 11,5 | 12,5 | 9,65 | |||
Окончание таблицы 2.4
| Характеристика | Типоразмер котла | Испарительные пакеты, м2 | Пароперегреватель | Экономайзер | |||
| 1-й | 2-й | 3-й | 4-й | ||||
| Площадь живого сечения для пара и воды, f, м2 | КУ-40-1 | 0,0096 | 0,0202 | 0,0202 | - | 0,0101 | 0,0063 |
| КУ-60-1 | 0,0148 | 0,0318 | 0,0318 | - | 00159 00318 | 0,0085 | |
| КУ-80-1 | 0,0192 | 0,0404 | 0,0404 | - | 0,0202 0,0404 | 0,0170 | |
| КУ-100-1 | 0,0212 | 0,0425 | 0,0425 | - | 0,0212 0,0425 | 0,0170 | |
| КУ-125 | 0,0276 | 0,0552 | 0,0552 | - | 0,0276 0,0552 | 0,0170 | |
| КУ-150 | 0,0340 | 0,0636 | 0,0636 | - | 0,0318 | 0,0170 | |
| Диаметр труб | 32/26 | ||||||
| Количество рядов по ходу газов | Для всех котлов КУ | 12 | 20 | 22 | 8 | 3; 16 | |
| Шаги по ширине | 172 | 86 | 90 | - | |||
| Шаги по глубине | 70 | - | - | ||||
| Эффективная толщина излучающего слоя, м | 0,161 | - | |||||
Таблица 2.5 Состав газов за различными технологическими
агрегатами
| Тип котла | Состав газов, % | ||||||
| СО2 | N2 | SO2 | CO2 | O2 | H2 | H2О | |
| Продукты сгорания среднего состава | 13 | 78,5 | - | - | 1,5 | - | 7 |
| Котлы за печами обжигания серного колчедана | - | 78,5 | 5,5 | - | 10 | - | 6 |
| Котлы для охлаждения конвертированных газов в производстве аммиака | 16,8 | 14,0 | - | 3,4 | - | 41,8 | 24 |
| Котлы установок сухого тушения кокса | 5 | 66,6 | 0,04 | 18 | - | 10 | - |
Таблица 2.6 Теплоемкость газов
| t, 0C | Состав дымовых газов | ||||||
| О2 | N2 | CO | CO2 | H2О | CO2 | H2 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 0 | 1,3046 | 1,2992 | 129922 | 1,5914 | 1,4943 | 1,7333 | 1,278 |
| 100 | 1,3167 | 1,304 | 1,3013 | 1,8132 | 1,5056 | 1,813 | 1,2905 |
| 200 | 1,3356 | 1,3042 | 1,3075 | 1,7961 | 1,5219 | 1,888 | 1,299 |
| 300 | 1,3565 | 1,3113 | 1,3172 | 1,8711 | 1,5424 | 1,957 | 1,3 |
| 400 | 1,3766 | 1,3205 | 1,3289 | 1,9377 | 1,5654 | 2,018 | 1,303 |
| 500 | 1,3967 | 1,3327 | 1,3431 | 1,9967 | 1,5893 | 2,072 | 1,307 |
| 600 | 1,416 | 1,3456 | 1,3578 | 2,0494 | 1,6144 | 2,1114 | 1,309 |
| 700 | 1,4344 | 1,359 | 1,3716 | 2,0967 | 1,6412 | 2,152 | 1,311 |
| 800 | 1,4503 | 1,3720 | 1,3854 | 2,1395 | 1,6684 | 2,186 | 1,316 |
| 900 | 1,4645 | 1,385 | 1,3984 | 21788 | 1,6957 | 2,215 | 1,324 |
| 1000 | 1,4775 | 1,3971 | 1,4114 | 2,214 | 1,7229 | 2,24 | 1,328 |
Котлы на отходящих газах технологических агрегатов (главным образом промышленных печей) называются котлами-утилизаторами КУ.
Наибольшее распространение находят унифицированные котлы общего назначения Белгородского завода энергетического машиностроения: КУ-40-1, КУ-60-2, КУ-80-3, КУ-125, КУ-150. Они предназначены для установки за мартеновскими, нагревательными печами и другими технологическими агрегатами. В обозначении типа КУ первое двух- или трехзначное число указывает расчетный для него проход продуктов сгорания в тыс. м3/ч для 0°C, а второе однозначное число – порядковый номер модификации.
Котлы изготавливают из унифицированных змеевиковых секций, имеют многократную принудительную циркуляцию и П-образную компоновку газоходов. Котлы обладают большим аэродинамическим сопротивлением /порядка 1,2 кПа/м2/, при работе на отходящих газах с механическими примесями быстро засоряются. Газоплотность КУ низка и подсос воздуха к газам значителен. КУ за мартеновскими печами устанавливаются для каждой печи, а при утилизации газа нагревательных печей возможна установка одного котла на несколько агрегатов.
Часто применяемый котел КУ-100 (Рис. 2.1) характеризуется следующим образом. Три секции испарительной части /позиции 4,5,7/ по ходу дымовых газов /ДГ/ включены последовательно, а по воде, подаваемой циркуляционными насосами 1, - параллельно. Испарение одноступенчатое, перегрев пара не регулируется. За счет подбора длин змеевиков каждой секции их гидравлическое сопротивление одинаково, а его значение при параллельном включении в несколько раз меньше, чем было бы при последовательном. Из барабана 3 вода поступает в шлакоуловитель 2, а затем – в испарительные секции. Оттуда вода, став паровой эмульсией, попадает в барабан, куда через экономайзер 8 направляется и питательная вода Впи взамен пара, уходящего через пароперегреватель 6 к потребителям. Устройство котла предусматривает возможность комплексной работы с системой испарительного охлаждения печей.
Усложнение работы КУ вследствие засорения уносом теплообменных поверхностей происходит на предприятиях различных отраслей промышленности. В частности, это происходит в КУ за мартеновскими печами при переходе на кислородную плавку. Применение кислорода для продувки ванны резко увеличивает запыленность отходящих газов перед котлом /до 10..15г/м3/, что приводит к образованию отложений на его поверхностях нагрева. Аэродинамическое сопротивление котла резко возрастает, паропроизводительность снижается в два-три раза. Котел останавливают на очистку. продолжительность его работы составляет 40…60% времени работы печи.
Для очистки поверхностей нагрева применяются водяная обмывка, паровая обдувка, дробеочистка, виброочистка, импульсная очистка. Эффективность всех этих способов недостаточна. Задачу может решить устройство высокоэффективной предочистки дымовых газов сухим способом или разработка конструкций незасоряемых котлов.
Весьма важна степень уплотнения ограждающих конструкций котла, так как подсос воздуха через них достигает 40% от объема подходящего газа, что снижает теплотехнические показатели КУ, повышает потребляемую мощность тяговых устройств, газоочистки.
В перспективе привлекают внимание котлы с объемно охлаждаемой топкой, т.е. развитыми радиационными поверхностями в активном топочном объеме, и котлы, где процесс осуществляется по принципу кипящего слоя с погруженными в него поверхностями нагрева.
Рисунок 2.1 Схема котла-утилизатора КУ-100-1
Таблица 2.7 Характеристики котлов-утилизаторов для мартеновских печей
| Параметр | КУ-60-2 | КУ-80-3 | КУ-100-1 |
| Количество дымовых газов перед котлом, тыс.м3/ч | 60 | 80 | 100 |
| Расчетная температура газов перед котлом, °С | 600 | 650 | 650 |
| Расчетная температура уходящих газов, °С | 210 | 210 | 210 |
| Рабочее давление пара, кПа | 
|
|
|
| Температура пара /при давлении 1800/4500кПа/, °С | 
|
|
|
| Расчетная паропроизводительность, кг/с | 3,67 | 4,94 | 6,22 |
| Поверхность нагрева, м2: Общая………………………………... Пароперегревателя…………………. Испарительной поверхности………. Водяного экономайзера……………. Предвключенного пакета…………... | 903 70 540 247 46 | 1201 87 684 370 60 | 1550 110 895 460 85 |
| Внутренний диаметр барабана, мм | 1508 | 1508 | 1508 |
| Живое сечение прохода для пара /воды/, м2: Пароперегревателя………………… Испарительных секций: I……………………………………… II……………………………………... III……………………………………... IV…………………………………….. Экономайзера………………………... |
0,0148
0,0318
0,0318
-
0,0085
|
0,0192
0,0404
0,0404
0,0404
0,0127
|
0,0212
0,0425
0,0425
0,0425
0,0127
|
| Живое сечение прохода для дымовых газов, м2: Пароперегревателя………………… Испарительных секций: I……………………………………. II…………………………………….... III……………………………………... IV……………………………………... Экономайзера………………………. | 5,06 7,0 5,06 4,63 - 4,55 | 6,34 8,63 6,34 6,34 5,77 6,36 | 8,04 10,8 8,04 7,35 7,35 7,67 |
Окончание таблицы 2.7
| Параметр | КУ-60-2 | КУ-80-3 | КУ-100-1 |
| Число рядов труб по ходу потока: Пароперегревателя………………….. Испарительных секций I………………………………………. II…………………………………….... III……………………………………... IV……………………………………... Экономайзера………………………... | 8 12 22 20 - 2х20 | 8 12 20 22 22 2х20 | 8 12 22 22 22 2х20 |
| Шаг труб по ширине пучка, S1, мм: Испарительных секций……………... Остальных…………………………… | 172 86 | 172 86 | 172 86 |
| Шаг труб по глубине пучка, S2, мм | 70 | 70 | 70 |
Примечания: числитель – для рабочего давления пара 1800 кПа; знаменатель – для 4500 кПа.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 3996; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!