Технология подготовки твердого топлива. Утилизация твердых отходов ТЭЦ

Спецификация1.cdw

Подготовка твердого топлива
и утилизациятвердых отходов ТЭЦ
Пояснительная записка
Воздухоподогреватель
Технологическая схема
Питатель сырого угля
Шаровая барабанная мельница

Курсовая.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Химический факультет
ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА.
УТИЛИЗАЦИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ ТЭЦ
Пояснительная записка
Курсовая работа по дисциплине
«Химическая технология рационального использования
Курсовой проект по дисциплине «Промышленная экология»
Шустов А.В. Технология подготовки твердого топлива. Утилизация твердых отходов ТЭЦ: ТПЖА.621113.065 ПЗ: Курсовая работа ВятГУ; рук. Ф.И. Ахмаров С.Л. Фукс. - Киров 2012. ПЗ 24 с. 1 рис. 4 табл. 6 источников 2 прил.
ТОПЛИВО ТЭЦ ПЫЛЬ ОЧИСТКА УТИЛИЗАЦИЯ ШЛАК ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА ОТХОДЫ УГОЛЬ ТОПОЧНЫЕ ГАЗЫ
Объект исследования и разработки – технология подготовки угля с последующим его сжиганием и образование загрязняющих окружающую среду веществ.
Цель работы – обобщение и закрепление теоретических знаний полученных по дисциплинам и на производственной практике выбор наиболее подходящего оборудования ТЭЦ.
Рассмотрен процесс подготовки твердого топлива подача его в топку котла расчет образовавшихся в реакции горения топочных газов и отвод их вместе со шлаками на шлакоотвал.
Краткая теория процесса получения электроэнергии и тепла5
Расчет материального баланса этапа сжигания твердого топлива12
Расчет теплового баланса этапа сжигания твердого топлива17
Выбор оборудования20
Приложение А (обязательное). Перечень принятых обозначений и сокращений22
Приложение Б (справочное). Библиографический список23
ТЭС – электростанция вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.
Среди ТЭС преобладают ТПЭС на которых тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления приводящего во вращение ротор паровой турбины соединённый с ротором электрического генератора (обычно синхронного генератора). В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь мазут природный газ лигнит торф сланцы. Их кпд достигает 40%.
ТПЭС имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные турбины и не использующие тепло отработавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей называют конденсационными электростанциями. На которых вырабатывается около 23 электроэнергии производимой на ТЭС. ТПЭС оснащенные теплофикационными турбинами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям называют ТЭЦ; ими вырабатывается около 13 электроэнергии производимой на ТЭС.
Целью данного проекта является создание малоотходного процесса подготовки топлива и его сжигания для получения пара на ТЭЦ с утилизацией образовавшихся твердых отходов после процесса горения.
Задачами проекта являются:
- разработка краткой теории процесса подготовки топлива и его горения;
- создание технологической схемы малоотходного производства подготовки топлива и утилизации отходов процесса горения;
- материальный расчет процесса подготовки топлива;
- материальный и тепловой расчеты процесса горения;
- выбор основного оборудования.
Краткая теория процесса получения электроэнергии и тепла
Основными технологическими узлами ТЭЦ являются: котлоагрегат вырабатывающий пар; многоступенчатая турбоустановка преобразующая тепловую энергию перегретого пара в механическую работу вращения ротора турбоагрегата; электрогенератор служащий для выработки электрической энергии; установка подогрева сетевой воды для целей теплофикации и горячего водоснабжения. Исходные природные ресурсы потребляемые станцией это - органическое топливо; исходная вода забираемая из поверхностного источника и используемая в циркуляционном контуре станции при охлаждении и конденсации пара а также для приготовления питательной воды идущей в котлоагрегат; атмосферный воздух используемый после предварительного нагрева в качестве окислителя при проведении процесса горения в топочной камере котла.
Цепочка технологических процессов от доставки топлива на ТЭС до выдачи электроэнергии отображена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Технологическая схема ТЭС
Доставка твердого топлива осуществляется по железной дороге в специальных полувагонах. Полувагоны с углем взвешивают на железнодорожных весах. В зимнее время полувагоны с углем пропускают через размораживающий тепляк в котором осуществляется прогрев стенок полувагона подогретым воздухом. Далее полувагон заталкивается в разгрузочное устройство – вагоноопрокидыватель 1 в котором он поворачивается вокруг продольной оси на угол около 180°; уголь сбрасывается на решетки перекрывающие приемные бункера 2. Уголь из бункеров подается питателями на транспортер по которому поступает в узел пересыпки 3; отсюда уголь подается транспортерами либо на угольный склад 4 либо через дробильное отделение 5 в бункера сырого угля котельной 6 в которые может также доставляться с угольного склада.
Весь этот топливный тракт вместе с угольным складом относится к системе топливоподачи которую обслуживает персонал топливно-транспортного цеха ТЭС. Размол дробленого угля осуществляется в мельнице 7 с непосредственным вдуванием пылевоздушной смеси через горелки в топку. Предварительно подогретый в воздухоподогревателе 8 воздух нагнетаемый дутьевым вентилятором 9 подается частично в мельницу (первичный воздух) и частично – непосредственно к горелкам (вторичный воздух). Дутьевой вентилятор засасывает воздух через воздухозаборный короб либо из верхней части котельного отделения (летом) либо извне главного корпуса (зимой). Широко распространен калориферный подогрев воздуха паром или горячей водой перед подачей его в воздухоподогреватель.
Пылеугольные котлы обязательно имеют также растопочное топливо обычно мазут. Мазут доставляется в железнодорожных цистернах 10 в которых он перед сливом разогревается паром. Разогретый мазут сливается по обогреваемому межрельсовому лотку 11 в приемный резервуар 12 из которого перекачивающими насосами 13 подается в основной резервуар 14. Насосом первого подъема 15 мазут прокачивается через подогреватели 16 обогреваемые паром после которых насосом второго подъема 17 подается к мазутным форсункам. Растопочным топливом может быть также природный газ поступающий из газопровода через газорегулировочный пункт 18 в котельную.
На ТЭС сжигающих газомазутное топливо топливное хозяйство значительно упрощается по сравнению с пылеугольными ТЭС отпадают угольный склад дробильное отделение система транспортеров бункера сырого угля и пыли а также система золоулавливания и золошлакоудаления.
Горение твердого топлива представляет собой сложный физико-химический процесс состоящий из ряда последовательных и параллельных стадий: тепловая подготовка включающая подсушку выделение летучих и образование кокса; горение летучих и кокса с образованием дымовых газов и негорючей золы.
Влага из топлива испаряется при температуре порядка 100 0С а температура начала выхода летучих зависит от геологического возраста топлива. Так для бурых углей выделение летучих начинается при 150 170 °С а для антрацита – при температуре порядка 400 °С.
Механизм горения топлива определяется горением кокса – углерода составляющего основную горючую часть твердого топлива.
Летучие вещества оказывают влияние на горение кокса так как воспламеняются раньше и способствуют прогреву частиц кокса горение кокса начинается обычно после выгорания летучих.
Зола топлива является нежелательной примесью. Она снижает теплоту сгорания топлива уменьшает горючую часть и при значительных количествах ее в топливе затрудняет доступ окислителя к коксу. Горение может быть осложнено шлакованием частиц горючего если температура в зоне горения превышает температуру плавления золы.
В общем виде горение углерода может быть описано следующей схемой:
На ТЭС сжигающих твердое топливо в котлах с жидким шлакоудалением зола сожженного в топке котла 19 топлива частично вытекает в виде жидкого шлака через сетку пола топки а частично уносится дымовыми газами из котла улавливается затем в электрофильтре 20.
Работа электрофильтра основана на процессе осаждения электрически заряженных частиц пыли в электрических полях. Электрическая зарядка частиц осуществляется в поле коронного разряда возникающего в электрическом поле между коронирующими и осадительными электродами.
При подаче тока высокого напряжения на коронирующие электроды между коронирующими и осадительными электродами возникает электрическое поле напряженность которого можно изменять путем регулирования напряжения питания. При увеличении напряжения до определенной величины между электродами образуется коронный разряд в результате чего возникает направленное движение заряженных частиц к электродам.
При прохождении газов через межэлектродное пространство электрофильтра содержащих взвешенные частицы происходит их зарядка движущимися ионами. Заряженные взвешенные частицы под действием электрического поля движутся к осадительным электродам и осаждаются на них. Большая масса частиц осаждается на осадительных электродах электрофильтра и удаляется путем встряхивания.
Далее пыль удаляется шнеком пневмонасосами в накопительный бункер.
Посредством смывных устройств шлак и летучая зола подаются в самотечные каналы гидрозолоудаления 21 из которых гидрозолошлаковая смесь пройдя предварительно металлоуловитель и шлакодробилку поступает в багерный насос 22 транспортирующий ее по золопроводам на золоотвал. Наряду с гидрозолоудалением находит применение пневмозолоудаление при котором зола не смачивается и может использоваться для приготовления строительных материалов.
Дымовые газы после золоуловителя дымососом 23 подаются в дымовую трубу 24. При работе котла под наддувом необходимость установки дымососов отпадает.
Подогретый пар из выходного коллектора пароперегревателя по паропроводу свежего пара 25 поступает в ЦВД паровой турбины 26а. После ЦВД пар по «холодному» паропроводу промежуточного перегрева 27 возвращается в котел и поступает в промежуточный пароперегреватель 28 в котором перегревается вновь до температуры свежего пара или близкой к ней. По «горячей» линии промежуточного перегрева 27а пар поступает к ЦСД 26б затем – в ЦНД 26в и из него – в конденсатор турбины 29. Из конденсатосборника конденсатора конденсатные насосы I ступени 30 подают конденсат на фильтры установки очистки конденсата 31 после которой конденсатным насосом второй ступени 32 конденсат прокачивается через группу ПНД 33 в деаэратор 34. В деаэраторе вода доводится до кипения и при этом освобождается от растворенных в ней агрессивных газов О3 и СО2 что предотвращает коррозию в пароводяном тракте. Деаэрированная питательная вода из аккумуляторного бака деаэратора питаемого насосом 35 подается через группу ПВД 36 в экономайзер 37. Тем самым замыкается пароводяной тракт включающий в себя пароводяные тракты котла и турбинной установки.
В последние годы находит применение нейтральный водный режим с дозированием газообразного кислорода во всасывающий коллектор конденсатных насосов II ступени. При этом прекращается дозировка в конденсат или питательную воду гидразина и аммиака выпары деаэратора закрываются.
Концентрация кислорода в воде 200–400 мкгкг при высоком качестве обессоленного конденсата и отсутствии органических соединений обеспечивает образование пассивирующих окисных пленок в конденсатно-питательном тракте на поверхностях нагрева ПВД и парового котла. Применение этого метода на новых энергоблоках приведет к. бездеаэраторной схеме.
Пароводяной тракт ТЭС является наиболее сложным и ответственным ибо в этом тракте имеют место наиболее высокие температуры металла и наиболее высокие давления пара и воды. Для обеспечения функционирования пароводяного тракта необходимы еще система приготовления и подачи добавочной воды на восполнение потерь рабочего тела и система технического водоснабжения ТЭС для подачи охлаждающей воды в конденсатор турбины.
Добавочная вода получается в результате химической очистки сырой воды осуществляемой в специальных ионообменных фильтрах химводоочистки 38. Из бака обессоленной воды 39 добавочная вода перекачивающим насосом подается в конденсатор турбины.
Охлаждающая вода прокачивается через трубки конденсатора циркуляционным насосом 40 и затем поступает в башенный охладитель (градирню) 41 где за счет испарения вода охлаждается на тот же перепад температур на который она нагрелась в конденсаторе. Система водоснабжения с градирнями применяется преимущественно на ТЭЦ. На ТЭС применяются системы водоснабжения с прудами-охладителями. При испарительном охлаждении воды выпар примерно равен количеству конденсирующегося в конденсаторах турбин пара. Поэтому требуется подпитка систем водоснабжения обычно водой из реки.
Электрический генератор 42 вращаемый паровой турбиной вырабатывает переменный электрический ток который через повышающий трансформатор 43 идет на сборные шины 44 ОРУ ТЭС. К выводам генератора через трансформатор собственных нужд 45 присоединены также шины собственного расхода 46. Таким образом собственные нужды энергоблока (электродвигатели агрегатов собственных нужд – насосов вентиляторов мельниц и т. п.) питаются от генератора энергоблока. В особых случаях (аварийные ситуации сброс нагрузки пуски и остановки) питание собственных нужд обеспечивается через резервный трансформатор с шин ОРУ.
Надежное электропитание электродвигателей агрегатов собственных нужд обеспечивает надежность функционирования энергоблоков к ТЭС в целом. Нарушения электропитания собственных нужд приводят к отказам и авариям.
Таким образом описанная технологическая схема ТЭС представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных трактов и систем: топливный тракт система пылеприготовления пароводяной тракт газовоздушный тракт шлакозолоудаление электрическая часть система приготовления добавочной воды система технического водоснабжения.
Расчет материального баланса этапа сжигания твердого топлива
Для парового котла с используют уголь Кузнецкого бассейна. Характеристики угля приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – характеристика угля Кузнецкого бассейна
Состав рабочей массы топлива %
Выход летучих вещств %
Теплота сгорания кДжкг
Расчет горения топливавыполняют при проектировании установок и контроле действующих котлоагрегатов. При расчете определяют теоретический и действительный расход воздуха и необходимые для сгорания 1 кг твердого топлива соответственно и состав с объемом продуктов сгорания (дымовых газов).
Теоретическое количество воздуха м3кг необходимого для полного сгорания твердого топлива определяется по формуле:
Действительный расход воздуха рассчитывают из формулы (2.2). Коэффициент избытка воздуха принимают .
В случае полного сгорания дымовые газы состоят из: диоксида серы диоксида углерода водяного пара образующегося при испарении влаги топлива и сгорания водорода азота подводимого в топку с воздухом и кислорода не использованного при горении.
Таким образом объем продуктов сгорания определяется по формуле:
Объем сухих дымовых газов определяется по формуле:
Объемное количество неиспользованного кислорода равно:
Объем продуктов полного сгорания топлива с теоретически необходимым количеством воздуха рассчитывают по следующим формулам.
Теоретический объем трехатомных газов:
Теоретический объем азота:
Теоретический объем водяных паров:
Объем водяных паров при :
Т.о. объем продуктов сгорания дымовых газов при :
Масса сгорания каждого вещества:
Масса золы в продуктах сгорания:
где – концентрация золы в продуктах сгорания гм3;
где – доля золы топлива уносимая газами для котла с твердым шлакоулавливанием принимается
Содержание оксида азота в продуктах сгорания принимается по номограмме равной 09 гм3.
Расход топлива определяется по формуле:
где – паропроизводительность котла кгс
– энтальпия перегретого пара и питательной воды кДжкг;
– доля непрерывной продувки %;
– энтальпия парообразования питательной воды кДжкг;
– коэффициент полезного действия котельного агрегата %;
– низшая теплота сгорания топлива кДжкг.
Необходимые значения параметров соответственно равны: кДжкг кДжкг кДжкг.
Зная расход топлива можно рассчитать соответствующие расходы продуктов сгорания исходя из следующего уравнения:
Количество шлака образуемого при сгорании вычисляется по следующему уравнению:
Материальный баланс процесса представлен в виде таблицы.
Таблица 2.2 – материальный баланс процесса горения
вода на подпитку котла
водяные пары от сжигания топлива
кислород не используемый при горении
Расчет теплового баланса этапа сжигания твердого топлива
Приход рассчитывается по формуле:
где – количество располагаемой теплоты кДжкг;
– физическая теплота твердого топлива кДжкг;
теплота полученная воздухом при его подогреве кДжкг.
Физическая теплота твердого топлива находится из формулы:
где – теплоемкость топлива кДжкг
– температура топлива после сушки принимаем 85 0С.
Теплоемкость топлива вычисляется по формуле:
где – теплоемкость сухого топлива принимаем 13 кДжкг·К;
Теплота полученная воздухом при его подогреве равна:
где – энтальпия воздуха после калорифера (t=39 0С) принимаем 266 кДжкг;
– энтальпия воздуха перед котлом (t=30 0С) принимаем 188 кДжкг;
Найдем количество располагаемой теплоты.
Расход находится по формуле:
где – использованная теплота в котлоагрегате кДжкг;
– потери теплоты с уходящими газами от химической и механической неполноты сгорания топлива от наружного охлаждения и с физической теплотой шлака кДжкг.
В процентах от подведенной к котлоагрегату тепловой баланс выглядит в виде выражения данные из которого заносят в таблицу 3.1:
Таблица 3.1 – тепловые потери
Использованная теплота в котлоагрегате:
Расчет остальных потерь ведут по формуле:
По полученным значениям составляют тепловой баланс в виде таблицы.
Таблица 3.2 – тепловой баланс
Теплота полученная при подогреве котлоагрегата
Использованная теплота в котлоагрегате
Низшая теплота сгорания
Потери теплоты с уходящими газами
Физическая теплота твердого топлива
Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива
Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива
Потери теплоты от наружного охлаждения
Потери теплоты с физической теплотой шлака
При рассчитанном расходе топлива кгч питатель сырого угля выберем марки ПКСТ-25 производительностью 25000 кгч в количестве 3 штук.
Мельницу выбирают с запасом. Выберем ШБМ 287812 с производительностью от 30 до 65 тч.
Воздух поступающий через воздухоподогреватель нагревается до температуры 300 0С. При этой температуре его плотность составит кгм3. Представим расход воздуха в м3ч для выбора сепаратора и циклона по формуле:
При полученном значении расхода воздуха выберем сепаратор марки СПЦВ 55502400 с производительностью от 160 до 360 тыс. м3ч и 2 циклона марки ЦП2-3750 с производительностью от 90 до 190 тыс. м3ч.
Целью проекта послужило создание малоотходного процесса подготовки топлива и его сжигании с последующей утилизацией твердых отходов.
В создании проекта была разработана теория процесса подготовки топлива и его горения создана технологическая схема производства по полученным данным материального и теплового расчетов выбрано основное оборудование для данного производства:
- питатель сырого угля – ПКСТ-25;
- мельница – ШБМ 287812;
- сепаратор – СПЦВ 55502400;
- циклон – ЦП2-3750.
Перечень принятых обозначений и сокращений
ТЭС – тепловая электростанция
ТПЭС – тепловая паротурбинная электростанция
ТЭЦ – теплоэлектроцентраль
ЦВД – цилиндр высокого давления
ЦСД – цилиндр среднего давления
ЦНД – цилиндр низкого давления
ПНД – подогреватель низкого давления
ПВД – подогреватель высокого давления
ОРУ – открытое распределительное устройство.
Библиографический список
Дипломное и курсовое проектирование [Текст]: метод. пособие по оформлению курсовых и дипломных проектов (работ). Спец. 280201 ВятГУ ХФ каф. ТЗБ; сост. С. В. Хитрин С. Л. Фукс Н. В. Колотилова. - Киров 2008. – 45 с.
Бойко Е. А. Котельные установки и парогенераторы (тепловой расчет парового котла) [Текст]: учеб. Е. А. Бойко И. С. Деринг Т. И. Охорзина. - Красноярск: ИПЦ КГТУ 2005. - 96 с.
Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции [Текст]: учеб. В. Я. Рыжкин - 3-е изд. перераб. И доп. - М.: Энергоатомиздат 1987. – 328 с.: ил.
Чечеткин А. В. Теплотехника [Текст]: учеб. А. В. Чечеткин Н. А. Занемонец. - М.: Высшая школа 1986. – 344 с.

Ведомость1.cdw

Подготовка твердого топлива и
утилизация твердых отходов ТЭЦ
Пояснительна записка
Технологическая схема

тех схема.cdw

Условное обозначение
Наименование среды в
Измельченное твердое
Газовая смесь с пылью
Зола из топочных газов
Подготовка твердого топлива и
утилизация твердых отходов ТЭЦ.
Технологическая схема