Котлы-утилизаторы

Министерство образования

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

“ УНИВЕРСИТЕТ”

 

Факультет   -  

Направление (специальность)   - 

Кафедра -

 

 

КОТЛЫ-УТИЛИЗАТОРЫ

 

Учебно-исследовательская работа студентов

по дисциплине: « Паровые котлы »

 

 

Студенты, гр.0000                                                                004,

                                                                                                     005                                       

                                                         (Подпись)  (Дата)

                                                                    

Руководитель :                                                                007

                                                          (Подпись)  (Дата)

 

                                                                 

City – 2010

Реферат

 

Научно исследовательская  работа студентов 31 с., 8 рисунков, 6 источников.

 

Ключевые слова: микротурбинная установка, ротор двигателя, воздухозаборник, котел-утилизатор, турбогенератор, пароперегреватель, гту.

Объектом исследования  является котел-утилизатор и газотурбинная установка.

Цель работы–состоит в изучении сферы применения установок, их характеристик обеспечивающих номинальную паропроизводительность котла при заданных номинальных параметрах пара, надёжность и экономичность работы установок.

В результате исследования были изучены котлы-утилизаторы, их характеристики и преимущества работы.

Курсовая работа  выполнена  в  текстовом редакторе Мicrosoft Word 2007.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

Введение………………………………………………..……………..4

Работа ГТУ  по структурной схеме…………………………………..7

Принцип работы ГТУ…………………………………..……………..13

Конструкция ГТУ……………………………………..……………....20

Котлы-утилизаторы, используемые в ГТУ…………………………..23

Заключение……………………………………………..……………..31

Список литературы……………………………………..……………..32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В процессе развития малой энергетики всё больше внимания уделяется 
газовым турбинам  малой и средней мощности.

Области применения газотурбинных установок  практически не ограничены:

нефтегазодобывающая промышленность, промышленные предприятия, муниципальные образования. Положительным моментом использования ГТУ в муниципальных образованиях является то, что содержание вредных выбросов в выхлопных газах NOx и СО находится на уровне 25 и 150 ррт соответственно (для сравнения у ГПА в несколько раз больше) позволяет устанавливать данное оборудование в черте города в жилом районе. Отдельное внимание стоит уделить возможности надстройки существующих котельных газотурбинными установками, что позволяет обеспечить надежное электроснабжение собственных нужд и снизить удельный расход топлива. Применение ГТУ в Мини-ТЭС экономически оправдано в комплексе с утилизационными контурами. Это обусловлено достаточно низким электрическим КПД газовой турбины 22... 37%. При этом соотношение вырабатываемой электрической энергии и тепловой составляет 1:1,5; 1:2,5. В зависимости от потребностей ГТУ комплектуется паровыми или водогрейными котлами-утилизаторами, что позволяет получать либо пар (низкого, среднего, высокого давления) для технологических нужд, либо горячую воду с температурой выше 140 °С. Выработанное тепло может быть использовано для производства холодной воды. В этом случае, как потребителя тепловой нагрузки, подключают абсорбционную холодильную машину (тригенерация). В составе комплексной выработки энергии общий КПД станции возрастает до 90%. Максимальная эффективность использования ГТУ обеспечивается при длительной работе с максимальной электрической нагрузкой. В диапазоне мощностей порядка 10 МВт существует возможность использования комбинированного цикла газовых и паровых турбин. Это позволяет существенно повысить эффективность использования станции, увеличивая эл.КПД до 47%.

ГТУ предназначены для эксплуатации в любых климатических условиях как основной или резервный источник электроэнергии и тепла для объектов производственного или бытового назначения. Строительство таких электростанций в отдаленных (особенно северных) районах позволяет получить значительную экономию средств за счет исключения издержек на строительство и эксплуатацию протяженных линий электропередач, а для центральных районов - повысить надежность электрического, теплового снабжения как отдельных предприятий или организаций, так и территорий в целом.

За основу строительства электростанций ГТУ взята концепция блочно-модульного построения. Электростанции состоят из максимально унифицированных отсеков и модулей, что позволяет в сжатые сроки создавать новые модификации агрегатов, а также совершенствовать, модернизировать   устаревшие   объекты    с    минимальными затратами.

Блочно-модульное исполнение обеспечивает высокий уровень заводской готовности газотурбинных электростанций. Они монтируются с применением универсальных грузоподъемных монтажных средств. Размеры блоков не превышают транспортные железнодорожные габариты. Степень автоматизации газотурбинной электростанции позволяет отказаться от постоянного присутствия обслуживающего персонала в блоке управления. Контроль работы станции может осуществляться с главного щита управления, поставляемого вместе с комплектом оборудования энергоблока. Во время эксплуатации электростанции ее работу обеспечивают три человека: оператор, дежурный электрик, дежурный механик. При возникновении аварийных ситуаций для обеспечения безопасности персонала, сохранности систем и агрегатов энергоблока предусмотрена надежная система защиты.

 

Достоинства и особенности газотурбинных установок в малой энергетике:

• высокая надёжность;
• при полной утилизации тепла, коэффициент использования топлива достигает 85%;
• экономичность установки;
• короткий срок окупаемости и небольшие сроки строительства;
• низкая стоимость капитальных вложений;
• возможность автоматического и дистанционного управления.

 

 

Работа ГТУ по структурной схеме

 

Атмосферный воздух через входное устройство КВОУ (комбинированное воздухообрабатывающее устройство) (6) поступает в компрессор (1), где сжимается и направляется в регенеративный воздухоподогреватель (7), а затем через воздухораспределительный клапан (5) в камеру сгорания (2). В камере сгорания в потоке воздуха сжигается топливо, поступающее через форсунки. Горячие газы поступают на лопатки газовой турбины (3), где тепловая энергия потока превращается в механическую энергию вращения ротора турбины. Мощность, полученная на валу турбины, используется для привода компрессора (1) и электрогенератора (4), который вырабатывает электроэнергию. Горячие газы после регенератора (7) поступают в водогрейный котел — утилизатор (8), а потом уходят в дымовую трубу (33). Сетевая вода, подаваемая сетевыми насосами (12), нагревается в водогрейном котле-утилизаторе (8) и пиковом котле (10) и направляется в центральный тепловой пункт (ЦТП). Подключение потребителей к ЦТП осуществляется при организации независимого контура. В качестве топлива используется природный газ. При аварийном прекращении подачи газа оба котла и ГТУ (при частичной нагрузке) переводятся для работы на сжиженный пропан-бутан (СУГ — сниженные углеводородные газы).

 

 

Рис. 1. Схема работы ГТУ

 

Примеры принципиальных схем газотурбинных установок

 

Рис. 2.1. Схема ГТУ с одновальным ГТД простого цикла

Рис. 2.3. Схема ГТУ с многовальным ГТД простого цикла свободной силовой турбиной

 

Принцип работы ГТУ

 

Воздушный компрессор сжимает атмосферный воздух, повышая его давление, и непрерывно подает его в камеру сгорания. Туда же непрерывно подается необходимое количество жидкого или газообразного топлива. Образующиеся в камере продукты сгорания выходят из нее с температурой 900-1200°С. Пройдя все ступени газовой турбины, отработавшие газы направляются в котел-утилизатор для выработки тепловой энергии. Рабочие лопатки передают крутящий момент на ротор турбины, который жестко соединен с валом генератора через понижающий редуктор. Конструктивная схема типичной камеры сгорания показана на рисунке 1.

Горение топлива происходит внутри пламенной трубы 1. Наружный корпус 2, нагруженных давлением, отделен от нее кольцевым каналом 3, в котором движется воздух, и не испытывает прямого действия факела или горячих продуктов сгорания. Для окисления топлива в камерах сгорания используется, как правило, только часть воздуха, зависящая от требуемого уровня температуры газов на входе в турбину.

Используемый для горения воздух с некоторым избытком вводится в зону горения (первичную зону камеры), где при высоких температурах (1800—2100   К)   протекают   химические   реакции   окисления топлива. Остальной воздух используется для охлаждения пламенной трубы и разбавления через смеситель 6 продуктов сгорания для снижения их температуры перед входом в турбину.

Топливо и первичный воздух (весь или частично) поступают в пламенную трубу через фронтовое устройство 4. Дробление и распределение жидкого топлива в объеме пламенной трубы осуществляются с помощью форсунок, газообразного — с помощью газораздающих насадков 5.

Важнейшими качествами камер сгорания, влияющими на экономичность ГТУ, являются полнота сгорания топлива и гидравлическое сопротивление (потери давления в камере).

Несгоревшая часть топлива выносится из камеры в виде горючих газов СО, Н₂, СН₄ (потери теплоты с химическим недожогом q₃), непрореагировавших паров топлива, сажи и кокса (потери теплоты с механическим  или  физическим  недожогом  q₄).   Некоторое количество теплоты теряется в окружающую среду конвекцией и излучением через корпус камеры сгорания (q₅).

Классификация камер сгорания ГТУ

1. По назначению:

а) основные,

б) промежуточного подогрева,

в) резервные;

2. По компоновке:

а) выносные,

б) встроенные;

3. По конструкции корпуса и пламенной трубы:

а) секционные,

б) блочные,

в) кольцевые;

4. По направлению потоков воздуха и продуктов сгорания:

а) прямоточные,

б) противоточные;

5. По количеству горелок в одной пламенной трубе:

а) одногорелочные,

б) многогорелочные;

6. По роду сжигаемого топлива:

а) газообразного типа,

б) жидкого,

в) комбинированного.

 

Наиболее распространенные камеры сгорания ГТУ

 

1. Выносная камера сгорания

Выносная камера сгорания имеет фронтовое устройство, состоящее из семи горелок с малыми регистрами первичного воздуха. Внутренняя стенка жаровой трубы охлаждается закрученным потоком вторичного воздуха, поступающим из большого завихрителя. Жаровая труба изготовлена из листа и крепится на радиальных пальцах. Вторичный воздух перемешивается с продуктами сгорания с помощью смесительного устройства вихревого типа.

Рис. 4.1 Выносная камера сгорания

 

Направление закрутки малого и большого завихрителей противоположно. Центральная горелка является дежурной. Между пламенной трубой и наружным корпусом установлен тепловой экран.

2. Сегментно-кольцевая прямоточная камера сгорания. Встроенная кольцевая прямоточная камера сгорания имеет внутренние и наружные обечайки жарового объёма. Реализуется микрофакельное сжигание топлива. Состоит из 12 сегментов-горелок, состоящих из 4 рядов концентрично расположенных стабилизаторов и пяти лопаточных завихрителей.

Рис. 4.2 Сегментно-кольцевая прямоточная камера сгорания

3. Цилиндрическая камера сгорания

В цилиндрической камера сгорания воздух разделяется на два потока: первичный и вторичный. Первичный воздух поступает через воздухо-направляющее устройство 1 в пламенную трубу 4, куда через форсунку 2 (или горелку) подается топливо. Расход первичного воздуха регулируется в зависимости от расхода топлива поворотом лопаток воздухо-направляющего устройства 1, что осуществляется посредством специальных рычагов управления. Вторичный (охлаждающий) воздух пропускается через кольцевое пространство между пламенной трубой 4 и корпусом 3 камеры сгорания. При движении он интенсивно охлаждает стенки труби и корпуса. Выходя из кольцевого пространства, вторичный воздух попадает в объем А, где он смешивается с продуктами сгорания, понижая тем самым их температуру до заданного значения.