Реконструкція парового котла БКЗ-75-39 із заміною палива

Реконструкція парового котла БКЗ-75-39 із заміною палива

Анотація

В бакалаврській кваліфікаційній роботі здійснено реконструкцію парового котла БКЗ-75-39 із заміною палива - природного газу на лігнін; виконано тепловий та аеродинамічний розрахунки котлоагрегату.

Тепловий розрахунок парового котла складається з перевірочного розрахунку перед паливні для спалювання лігніну, паливні, фестонів, пароперегрівача, водяного економайзера, повітропідігрівника.

Під час роботи прийнято такі припущення: склад і характеристики палива і відповідно склад і ентальпії продуктів горіння, а також повітря задаються табличними; конструкція водяного економайзера і пароперегрівача приймається двоступеневою.

Таким чином, метою даної бакалаврської кваліфікаційної роботи є вибір та розрахунок основного і допоміжного обладнання для котлоагрегату БКЗ-75-39ФБ з врахуванням в якості палива відходів гідролізного виробництва - лігніну.

Зміст

Вступ

. Обґрунтування вибору лігніну як альтернативного виду палива для котлоагрегату БКЗ-75-39

.1 Загальна характеристика лігніну

.2 Виробництво паливних гранул і брикетів з лігніну

. Загальна характеристика та тепловий розрахунок котлоагрегату БКЗ-75-39

.1 Загальна характеристика котлоагрегату БКЗ-75-39

.2 Опис і тепловий розрахунок передпаливні котлоагрегату БКЗ-75-39 для спалювання лігніну

2.3 Тепловий розрахунок котлоагрегату БКЗ-75-39

. Розрахунок і підбір допоміжного устаткування для котлоагрегату

.1 Тягодуттєва установка котлоагрегату БКЗ-75-39

.2 Живильні пристрої котельної установки

.3 Деаераційні установки

.4 Золовловлювачі

. Охорона праці

.1 Аналіз об’єкту з позиції небезпеки

.2 Нормативи з охорони праці

.3 Заходи пожежної безпеки

. Економічна частина

Висновок

Література

Вступ

Сучасна енергетика в основному формується під впливом двох факторів. По-перше, це неперервне збільшення потреби в енергії разом з подорожчанням первинних джерел енергії. Ситуація, що склалась змусила багато країн форсувати вітчизняне добування нафти і газу (при наявності розвіданих запасів), а також пришвидшеними темпами розвивати ядерну і теплову енергетику на базі твердого палива.

По-друге, в останні роки особливу гостроту набула проблема забруднення повітряного басейну. Зростання викидів в атмосферу шкідливих речовин, що утворюються при спалюванні органічного палива, спонукають розробляти нові технології в промисловості і в енергетиці.

Використання великих котелень, побудованих в радянські часи для великих заводів і підприємств, стали в наш час нерентабельні. Старе обладнання, дороге обслуговування, зношеність системи вимагає великих витрат, внаслідок чого надійність теплопостачання знижується. В цих умовах актуальним є завдання підтримання в робочому стані та модернізації вже існуючого устаткування.

Ситуація, яка склалась в Україні на ринку енергоносіїв на сьогодні, майже критична. Основним видом палива в паливо-комунальній сфері є природній газ. Видобуток власного природного газу на Україні не перекриває потреб його використання навіть на 10-15%. Виникає енергозалежність від зовнішніх постачальників природного газу(зокрема Росії), стрімко підвищується ціна на газ. Використання інших видів палива(тверде та рідке паливо, сонячної енергії, енергії вітру) розвинене досить слабо і мають певні недоліки при їх використанні. А саме - транспортування, незручність складування і зберігання, наявність відходів при спалюванні(велика зольність), шкідливі викиди в атмосферу, значні первинні капітальні вкладення в обладнання. Натомість на території України є значний обсяг промислових відходів, з яких можливо порівняно дешево отримати паливо рівноцінне, наприклад, природному газу і ефективно його використовувати. Такими відходами можуть бути відходи гідролізного виробництва - лігніну. Сировиною для цього виробництва є тирса та інші відходи деревообробної промисловості, соняшникове лушпиння, кукурудзяні качани, солома хлібних злаків. Лігнін - це прекрасне, висококаллорійне паливо і легкодоступна поновлювана сировина для виробництва паливних гранул і брикетів.

. Обґрунтування вибору лігніну як альтернативного виду палива для котлоагрегату БКЗ-75-39

На даний час більшість енергетичного устаткування ТЕС і ТЕЦ України технічно застаріло і потребує модернізації або заміни. Але введення нових енергетичних потужностей ведеться повільними темпами, так як великих коштів, потрібних для цього, енергетичні компанії не мають, а державні дотації невеликі.

В цих умовах актуальним є підтримання в робочому стані існуючого устаткування, а також його модернізація.

В зв’язку з системним ростом цін на природний газ рентабельність виробництва теплової енергії постійно знижується, а частка палива в собівартості продукції зростає.

Тому, актуальним є питання використання альтернативних енергоносіїв в промисловій теплоенергетиці. Для цього є ряд причин:

. Традиційні енергоносії - газ, вугілля, нафта - з кожним роком стає добувати все важче, і це веде до постійного підвищення їх вартості. Особливої актуальності для України, як відомо, має питання вартості імпортованого газу.

. Запаси традиційних енергоносіїв швидко вичерпуються, що робить виробництво альтернативних енергоносіїв дуже перспективним напрямом бізнесу.

. Виробництво альтернативних джерел енергії стимулюється Урядами всіх розвинутих країн.

Новим законом «Про сприяння виробництву та використанню біологічних видів палива" підприємства-виробники біопалива, в т.ч. паливних гранул і брикетів, звільнені до січня 2020р. від оподаткування прибутку. Є також ряд економічних, екологічних і соціальних передумов, що сприяють розширенню ринку біопалива взагалі, і паливних гранул і брикетів зокрема. Але багато підприємців, що направили свої зусилля і капітали в цей перспективний сегмент економіки, зіткнулися з несподіваними проблемами. Основна конкуренція в галузі використання нетрадиційного палива полягає не в сфері збуту, причому, в основному, вся продукція відвантажується на експорт в країни Євросоюзу - а у сфері забезпечення сировиною. Справа в тому, що багато підприємств, які встановили обладнання брикетування або грануляції біомаси, в даний час працюють не на повну потужність, а часто взагалі простоюють через відсутність сировини. Це пов'язано насамперед з сезонністю наявності деяких видів сировини (лушпиння соняшника, соломи, відходів круп'яних культур, відходів переробки кукурудзи, інших видів сільгоспсировини), некоректним вибором місця встановлення обладнання (наприклад, віддаленість від потенційних джерел сировини), великими логістичними витратами на доставку сировини , що має, як правило, дуже малу насипну вагу (наприклад, насипна вага лушпиння соняшника - 100 кг/м³). У такій ситуації лігнін є хорошою альтернативою сільськогосподарським відходам як сировини, оскільки його запаси є в досить великій кількості незалежно від сезону переробки.

.1 Загальна характеристика лігніну

Лігнін (від лат. lignum - дерево, деревина) - це речовина, що характеризує задерев'янілі стінки рослинних клітин. Складне полімерне з'єднання, що міститься в клітинах вищих рослин і деяких водоростях. Гідролізний лігнін - речовина штучного походження, залишок виробничого процесу - гідролізу деревини. Використовується для одержання активного вугілля, оцтову кислоту тощо. Крім того, за певних умов лігніни можуть використовуватися як недефіцитна зв’язуюча речовина при виробництві паливних гранул та брикетів.

Лісистість західних регіонів України не досягає європейських показників, які становлять 25-30%, проте, ця частина країни має найбільші запаси деревини, у порівнянні з рештою території. В Україні є сім центрів лісохімії: Великий Бичків, Перечин, Свалява на Закарпатті, Вигода в Івано-Франківській, Славута в Хмельницькій, Коростень у Житомирській, Клевань у Рівненській областях.

Підприємства, які методом гідролізу деревини й нехарчової рослинної сировини виробляють лігнін, входять до гідролізної промисловості. Сировиною є тирса та інші відходи деревообробної промисловості, подрібнена деревина, бавовняна та соняшникова лузга, кукурудзяні качани, солома хлібних злаків, лляна костриця. До підприємств цієї галузі належать Верхньодніпровський гідролізно-фурфуроловий завод в Дніпропетровській області та на Запоріжжі. Окремі цехи і виробництва є в Одесі, Сімферополі, Вознесенську (Миколаївська область), Кіровограді, Слов'янську, Тернополі, Вінниці, на Івано-Франківщині.

Лігнін добре піддається гранулюванню і брикетуванню, має досить велику насипну вагу (до 700 кг/м³), що робить рентабельним його перевезення на значні відстані навіть не в гранульованому вигляді, має високу теплотвірну здатність, яка відповідає вугіллю із значно меншою зольністю, і ціна сировини-лігніну порівняно невисока. На основі особливих властивостей лігніну в технології його підготовки для подальшого використання особливе значення надається питанню сушіння лігніну.

Якщо розглядати лігнін з фізико-хімічної точки зору, то в початковому вигляді це речовина являє собою складну стружкоподібну масу, вологість якої доходить до 70. По суті, лігнін - це унікальний комплекс речовин, який складається з полісахаридів, моносахарів, різних мінеральних і органічних кислот різної насиченості, а також певної частини золи. Гідролізний лігнін являє собою стружкоподібну масу з вологістю приблизно 55-70%. За своїм складом це комплекс речовин, в який входять власне лігнін рослинної клітини, частина полісахаридів, група речовин лігногумінового комплексу, моноцукри, мінеральні та органічні кислоти, зольні та інші речовини. Вміст у лігніні власне лігніну коливається в межах 40-88%, полісахаридів - від 13 до 45%, речовин лігногумінового комплексу - від 5 до 19%, зольних елементів - від 0.5 до 10%. Гідролізний лігнін характеризується великою пористістю, що наближається до пористості деревного вугілля, високою реакційною здатністю в порівнянні з традиційними вуглецевими відновниками і вдвічі більшим у порівнянні з деревиною вмістом твердого вуглецю, що досягає 30%, тобто майже половини вуглецю деревного вугілля.

Гідролізний лігнін має теплотвірну здатність, яка для абсолютно сухого лігніну становить 5500-6500 ккал / кг для продукту з 18-25% вологістю, 4400-4800 ккал / кг для лігніну з 65% вологістю, 1500-1650 ккал / кг для лігніну з вологістю більше 65%. За фізико-хімічною характеристикою лігнін являє собою трифазну полідисперсну систему з розмірами частинок від декількох міліметрів до мікронів і менше. Дослідження лігнінів, отриманих на різних заводах, показали, що склад їх характеризується в середньому таким фракційним вмістом: розміром більше 250 мкм - 54-80%, розміром менше 250 мкм - 17-46%, і розміром менше 1 мкм - 0,2 - 4,3%. За структурою частка гідролізного лігніну не є щільним тілом, а являє собою розвинену систему мікро- і макропор, величина його внутрішньої поверхні визначається вологістю (для вологого лігніну вона становить 760-790 м²/г, а для сухого всього 6 м²/г).

Основні фізико-хімічні властивості наведено в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1. Фізико-хімічні властивості паливних гранул з лігніну

Процес горіння лігніну в технологічних паливнях без прямої віддачі теплоти має суттєві відмінності порівняно з паливнями парових котлів. У них відсутня променесприймаюча поверхня, і тому, щоб уникнути шлакування золи, потрібно ретельно розраховувати аеродинамічний режим процесу. Температура ядра факела через відсутність прямої тепловіддачі виявляється більш високою і концентрується в меншому обсязі, ніж в паливнях парових котлів. Для спалювання лігніну найбільш доцільно використовувати факельну паливню системи Шершньова, що забезпечує досить високу ефективність для палив з високим ступенем дисперсності.

Як показали багаторічні дослідження і промислові випробування, проведені цілою низкою науково-дослідних, навчальних та промислових підприємств, з гідролізного лігніну можна отримувати цінні види промислової продукції. Для енергетики - з вихідного гідролізного лігніну можна виготовляти брикетоване комунально-побутове та камінне паливо, а з суміші лігніну з відсівами вуглезбагачення - виробляти брикетоване енергетичне паливо. Гідролізний лігнін має здатність переходити у в’язкопластичний стан при тиску близько 100 МПа. Ця обставина зумовила один з перспективних напрямів використання гідролізного лігніну у вигляді брикетованого матеріалу. Встановлено, що лігнінобрикети є висококалорійним побутовим паливом, якісним відновником в чорній і кольоровій металургії, який заміняє кокс, напівкокс і деревне вугілля, а також можуть служити для виробництва вугілля типу деревного і вуглецевих сорбентів. Дослідні та дослідно-промислові роботи ряду організацій показали, що брикетований гідролізний лігнін може бути цінною сировиною для металургійної, енергетичної та хімічної галузей народного господарства країни, а також високосортним комунально-побутовим паливом.

Паливні брикети з лігніну являють собою високоякісне паливо з теплотою згоряння до 5500 ккал / кг, і низьким вмістом золи. При спалюванні брикети лігніну горять безбарвним полум'ям, не виділяючи кіптяву димового факелу. Щільність лігніну дорівнює 1,25 - 1,4 г/см³. Таким чином, лігнін є прекрасним, висококаллорійним паливом і легкодоступною поновлюваною сировиною для виробництва паливних гранул і брикетів.

1.2 Виробництво паливних гранул і брикетів з лігніну

Відходи, одержані в результаті обробки деревини, поділяються на дві великі групи: лісові відходи та виробничі. Перший вид відходів утворюється в лісі і складається з мертвих дерев, опалих гілок, згорілих дерев і відходів, одержаних у результаті заготівлі, відбраковування і транспортування. Найбільша частина розглянутого виду відходів припадає на відбраковування дерев. Лісові відходи є найбільш цікавими з точки уявлення деревини як альтернативного джерела енергії. Виробничі відходи утворюються в результаті переробки деревини.

Кількість лісових і виробничих відходів безпосередньо залежить від місцевості, де розробляються лісозаготівлі, а також від технологічного процесу вирубування та обробки дерев. Ці відходи являють собою коріння дерев, крони, гілки. За статистикою на 1 га лісозаготівель припадає від 9 до 89 тонн відходів у вигляді сухої маси, в середньому цей показник дорівнює 20 тонн на 1 га.

В основі технології виробництва гранул, як і паливних брикетів лежить процес подрібнення відходів деревини, соломи, лушпиння та ін.

Сировина (тирса,солома тощо) поступає в дробарку, де подрібнюється до стану муки. Отримана маса поступає в сушарку, з неї - у прес-гранулятор, де деревну муку пресують у гранули. Стиснення під час пресування підвищує температуру матеріалу, лігнін, що міститься в деревині розм’якшується і склеює частки в щільні циліндри. На виробництво однієї тонни гранул йде 3-5 кубометрів деревних відходів природної вологості.

Деревні паливні гранули (пелети, ДТГ) - це невеликі циліндричні пресовані деревні вироби діаметром 4-12 мм, завдовжки 20-50 мм, перероблені з висушених залишків деревообробного та лісопильного виробництва: тирса, стружка, деревне борошно, тріска, деревний пил і т.д. Гранули використовуються в котлах для отримання теплової та електричної енергії шляхом спалювання.

Отримання теплової енергії з гранул можна назвати горінням тільки з деяким припущенням, оскільки гранули не горять, а тліють. При цьому котел, вичерпавши паливо в контейнері, може продовжувати постачання теплом протягом 24 годин за рахунок малої швидкості протікання процесу.

Перевагою використання деревних гранул перед іншими видами палива є:

         зниження шкідливих викидів в атмосферу: деревне біопаливо визнано СО₂-нейтральним, тобто при його спалюванні кількість вуглекислого газу, що виділяється в атмосферу не перевищує об’єм викидів, який би утворився шляхом розкладання деревини;

         велика теплотвірна здатність: в порівнянні з тріскою і з кусковими відходами деревини. Енергоємність одного кілограма деревних гранул відповідає енергоємності 0,5 літра рідкого дизельного палива; теплотвірна здатність

деревних гранул близька за значенням до теплотвірної здатності вугілля і мазуту;

         відсутність шлакових утворень, залишається тільки легкоруйнівний попіл;

         низька вартість у порівнянні із дизпаливом;

         можливість автоматизації котелень.

Процес виробництва умовно можна розділити на кілька етапів:

.        Подрібнення деревної сировини. Деревну сировину подрібнюють до малих фракцій в дробарках.

.        Сушіння. Деревна сировина повинна мати вологість 10%±2%. Сировина з більшою або меншою вологістю вимагає додаткового зволоження або додаткового підсушування.

.        Пресування. Прес є основою процесу гранулювання. Розрізняють прес з круглою та з плоскою матрицями.

.        Охолодження. Чим вище зусилля пресування і вища температура сировини, тим кращі гранули за якістю. Але температура понад 120 призводить до погіршення якості гранул. Охолодження необхідне для кондиціювання гранул після пресування.

.        Розфасовка і упаковка. Розфасовка паливних гранул відбувається у вільному вигляді - насипом; у великі біг-беги (по кілька тон); в дрібні упаковки від декількох кг до декількох десятків кг.

Схема одержання паливних гранул з лігніну наведена на рис.1.2.1.

В основі технології виробництва паливних брикетів лежить процес пресування шнеком агровідходів (лушпиння соняшнику, гречки та ін. ) і дрібно подрібнених відходів деревини (тирси) під високим тиском, а в ряді випадків і при нагріванні від 250 до 350. Одержані паливні брикети не включають в себе ніяких зв’язувальних речовин, крім одного натурального - лігніну, що міститься в клітинах рослинних відходів. Температура під час пресування сприяє оплавленню поверхні брикетів, яка завдяки цьому стає більш міцною, що важливо для транспортування брикет.

Сировиною для виробництва брикетів є той самий матеріал, що і для виготовлення гранул - тирса різних порід дерев, тріска, лушпиння соняшнику, гречки, солома і багато інших рослинних відходів.

Рис.1.2.1. Схема одержання паливних гранул з лігніну

лігнін котлоагрегат паливо гідролізний

Технологія виробництва брикетів схожа з технологією гранулювання, але більш проста. Брикети бувають різних форм - у вигляді цегли, циліндра або шестикутника з отвором всередині. Стандартних розмірів у даній продукції немає. Основним чинником, що визначає механічну міцність, водостійкість і калорійність брикету, є його щільність. Чим щільніший брикет, тим вищі показники його якості. Чим нижча щільність брикетів, тим менша їх калорійність. Наприклад, при щільності брикету 650-750 кг/м³ калорійність брикетів дорівнює 12-14 МДж/кг; при щільності 1200-1300 кг/м³ - 25-31 МДж/кг.

Процес брикетування - це процес стискування матеріалу під високим тиском, з виділенням температури від сили тертя. За рахунок даного впливу в деревині відбувається виділення лігніну, який є сполучною речовиною для формування брикету. Для брикетів не з деревної сировини, можуть застосовуватися екологічно чисті добавки. При виробництві даної продукції слід звернути особливу увагу на вологу - параметр, що впливає на щільність брикету.

Паливні брикети мають широке застосування для всіх видів паливонь, котлів централізованого опалення та ін.

. Загальна характеристика та тепловий розрахунок котлоагрегату БКЗ-75-39

.1 Загальна характеристика котлоагрегату БКЗ-75-39

Технічні та основні конструктивні характеристики котлоагрегату :

•        номінальна паропродуктивність - 75 т/год;

•        тиск пари на виході з пароперегрівника - 4 МПа;

•        температура перегрітої пари - 440 ;

•        температура живильної води - 104;

•        температура відхідних газів - 180 ;

•        коефіцієнт корисної дії - 84,7

Котельний агрегат блокової конструкції типу БКЗ-75-39 призначений для роботи на різних видах твердого палива, що спалюється в пилоподібному стані. Котел - однобарабанний, обладнаний камерною паливнею V_т=454 м³, з природною циркуляцією, виконаний за П - подібною схемою. Камера згоряння повністю екранована трубами діаметром 60 мм і товщиною стінки 3 мм. Труби фронтового, заднього екранів і нижньої частини утворюють холодну лійку. У верхній частині труби заднього екрану розведені в чотирьохрядний фестон. Барабан котла внутрішнім діаметром 1500 мм і товщиною стінки 36 мм виконаний зі сталі 16ГС. У барабані є чистий відсік першого ступеня випаровування і два сольових відсіки другого ступеня (по торцях барабана) обладнані внутрішньо барабанними циклонами, третій ступінь винесений у виносні циклони, пара з яких надходить в барабан.

Котел обладнаний :

.        трубопроводами палива, живильної води і пари;

.        електрофіксованою арматурою, виконавчими механізмами і електродвигунами;

.        датчиками і приладами контролю теплотехнічних параметрів, датчики та прилади контролю теплотехнічних параметрів утворюють згідно функціональної приналежності й просторового розташування, технологічні (функціональні) підсистеми котла.

Каркас котлоагрегату являє собою несучу рамну металоконструкцію, призначену для розміщення всіх елементів котлоагрегату і складається із фронтової, задньої і двох бокових стінок та стельового перекриття.

Пароперегрівач - конвективний, вертикального виконання, змієвиковий з коридорним розташуванням труб, виконаний з двох блоків, розташованих у поворотному газоході між паливнею і опускним газоходом. Температура перегріву регулюється поверхневим пароохолоджувачем.

Економайзер - сталевий трубчастий з шаховим розташуванням труб киплячого типу, гладкотрубний.

Повітропідігрівник - сталевий, трубчастий, вертикального типу з шаховим розташуванням труб.

.2 Опис і тепловий розрахунок передпаливні котлоагрегату БКЗ-75-39 для спалювання лігніну

Так як ми розглядаємо парові котли марки БКЗ-75-39-440, призначені для спалювання фрезерного торфу і бурого вугілля, але реконструйовані та переведені на спалювання природного газу та мазуту, то для спалювання лігніну в даному котлоагрегаті встановлюємо спеціальну паливню (передпаливня), попередньо вирізавши один із пальників.

Паливня для спалювання лігніну призначена для роботи з водогрійними і паровими котлами. Паливо в паливню подається скребковим живильником. У паливі не повинно бути забруднень (домішок), таких як земля, пісок, каміння, метали та ін. Земля і пісок знижують термін експлуатації паливні, викликають підвищений знос механізмів подачі палива і видалення золи, значно підвищують зольність, нарости на виході з паливні відхідних газів. Попадання каменів або металевих частин у механізми паливоподачі, приводи колесникової решітки або видалення золи веде до виходу з ладу механізмів. Простір паливні під колесниковою решіткою розділений на три зони:

. зона сушіння (для вологого палива);

. зона попереднього горіння та газифікації;

. зона остаточного згоряння та збору золи.

Ця технологія спалювання з використанням первинного, вторинного та третинного повітря (потоків) дозволяє отримати генераторний процес горіння газу. В паливні можна спалювати подрібнене деревне паливо (тріска, тирса, кора), торф, лігнін 45-65% вологості.

. Тепловий розрахунок передпаливні почнемо з визначення витрати палива для котла БКЗ-75-39 , виходячи з рівняння теплового балансу, кг / год

 (2.1)

де D- паропродуктивність котлоагрегату, D = 75000 кг / год,

- ККД котлоагрегату, = 81%,

 - нижча теплота згоряння палива, = 1567 ккал / кг [6565,7 кДж /кг], (Довідка про якість палива);

- кількість тепла, повідомлене в котлі живильній воді при перетворенні її в пару, віднесена до 1 кг виробленї пари:

 (2.2)

де  - відповідно ентальпії перегрітої пари, живильної та котлової води,,, ;

Р - відсоток безперервної продувки, Р=3%

Приймаємо орієнтовне значення температури відхідних газів за котлом 180 ° C

. Визначаємо об’єм паливні за формулою, м³

(2.3)

де  - теплова напруга простору паливні,

=350·10³ ккал/м³·год [407,05 Вт/м³], ([2], табл. 7-1, ст. 74).

. Визначаємо площу колесникової решітки (дзеркала горіння) за формулою,

 (2.4)

де теплове напруга площі колесникової решітки (дзеркала горіння),

= 4000 · 103 ккал/год [4652 Вт/], ([2], табл. 7-1, ст. 74).

. Температура вихідних продуктів горіння з передпаливні 1000°C (Паспорт та інструкція з експлуатації паливні DG).

. Вихідні дані для теплового розрахунку передпаливні наведені в таблиці 2.2.1.

Таблиця 2.2.1 Вихідні дані

Характеристики продуктів згорання в поверхнях нагріву наведені в таблиці 2.2.2.

Таблиця 2.2.2 Характеристики продуктів згоряння в поверхнях нагріву

Таблиця 2.2.3 Ентальпії повітря і продуктів згорання

Таблиця 2.2.4 Тепловий баланс котлоагрегату

. Тепловий розрахунок обмурівки предпаливні [4]:

Метою теплового розрахунку обмурівки є визначення температурних умов роботи матеріалів обмурівки, товщини вогнетривких і теплоізолюючих шарів при заданих теплових втратах в навколишнє середовище.

Температура на внутрішній поверхні обмурівки, захищеної екраном, визначається з умов теплообміну шляхом випромінювання між поверхнями обмурівки і газами високої температури.

Тепловий потік у навколишнє середовище при даній температурі внутрішньої поверхні багатошарової обмурівки визначається за формулою:

(2.6)

де , - відповідно температури внутрішньої поверхні обмурівки, зовнішньої поверхні і навколишнього повітря,=1000, =45 і =25 ;

 - коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні обмурівки до навколишнього середовища, Вт/(м²·К):

, (2.7)

,

 - сумарний тепловий опір обмурівки, (м²·К)/Вт.

Тоді тепловий потік дорівнює

 Вт/м².

Тоді необхідний термічний опір обмурівки можна визначити за формулою

(м²·К)/Вт (2.8)

Приймаємо, що обмурівка складається з двох шарів:

вогнетривкого;

теплоізоляційного.

З іншого боку термічний опір обмурівки дорівнює

, (2.9)

де ,  - товщини шарів обмурівки, м;

,  - коеф. теплопровідності матеріалів, Вт/м·К.

Термоізоляцію обмурівки передпаливні виконуємо з двох шарів([6],табл.2-2):

. Шар з шамотної легковагової цегли товщиною 250 мм (0,25 м) з =0,2326 Вт/м·К;

. Плити перлітові на керамічній зв'язці товщиною 350 мм (0,35 м) з =0,087 Вт/м·К

Перевіряємо чи підходить даний матеріал в якості термоізоляційного:

 м²·К/Вт.

Вибрані матеріали повністю відповідають умовам техніки безпеки, згідно з якими ≤45.

На рис.2.2.1. зображена схема передпаливні - частина паливні котла, в якому відбувається підігрівання, підсушування палива, а інколи його займання та горіння.

Рис.2.2.1. Передпаливня

-протипожежна система накопичувального бункера паливні; 2-скребковий живильник паливні; 3-металевий корпус паливні; 4-вікна підводу вторинного повітря; 5-дверцята оглядового люка; 6-колектор відхідних газів; 7-колесникова решітка; 8-оглядове віконце; 9-вікно підводу первинного повітря; 10-канал золовидалення; 11-вікно для подачі третинного повітря; 12-перлітові плити на керамічній зв’язці; 13-стінка із шамотної цегли; 14-накопичувальний бункер палива; 15-місце встановлення мазутної форсунки з паромеханічним розпилюванням.

.3 Тепловий розрахунок котлоагрегату БКЗ-75-39

Метою теплового розрахунку є визначення умов роботи всіх поверхонь нагрівання.

Тепловий розрахунок повинний підтвердити дотримання основних нормативних показників по температурах продуктів згоряння в паливні, на виході з неї і по газоходах, аж до температури відхідних газів, а також по швидкостях руху газів у газоходах котельного агрегату й інтенсивності теплопередачі у випадку відхилення будь-яких параметрів від нормативних значень. Тепловий розрахунок служить підставою для забезпечення тривалої роботи котлоагрегату.

Тепловий розрахунок котлоагрегату БКЗ-75-39 наведений в таблицях 2.3.1 - 2.3.7.

Таблиця 2.3.1 Розрахунок паливні

Таблиця 2.3.2 Фестон

Таблиця 2.3.3 Перша ступінь пароперегрівача

Таблиця 2.3.4 Друга ступінь пароперегрівача

Таблиця 2.3.5 Друга ступінь економайзера

Таблиця 2.3.6 Повітропідігрівник

Таблиця 2.3.7 Перша ступінь економайзера

Визначимо похибку теплового балансу, кДж/кг

, (2.10)

де  - кількості теплоти, сприйняті променесприймаючими поверхнями паливні, котельними пучками, пароперегрівачем і економайзером:

=0,992· (6774,1 - 3317,51) = 3482,94 кДж/кг (2.11)

де =0,992 (розрахунок паливні);

=3317,51 кДж/кг при t_відх.г=860 °C;

=6774,1 кДж/кг (розрахунок паливні).

=307,85 кДж/кг (розрахунок фестона);

=611,78+454,58=1066,36 кДж/кг (розрахунок двох ступенів пароперегрівача);

=585,16 кДж/кг (розрахунок другого ступеню економайзера).

 (2.12)

При правильному розрахунку похибка не повинна перевищувати 0,5%, отже, розрахунок виконано вірно.

Поперечний перетин котлоагрегату зображено на рис. 2.3.1.

Рис.2.4.1. Поперечний перетин котлоагрегату БКЗ-75-39

-барабан котла; 2-устаткування для очищення поверхонь нагріву; 3-радіаційний пароперегрівач; 4-конвективний пароперегрівач; 5-колектор до пароохолоджувача; 6-запобіжні клапани; 7-водяний економайзер ІІст.; 8-фестон; 9-опускні труби; 10-повітропідігрівник; 11- водяний економайзер Іст.; 12-пальник; 13-устаткування для рідкого шлаковидалення; 14-люки; 15-майданчики для обслуговування котлоагрегату; 16-екранні труби; 17-нижній колектор.

3. Розрахунок і підбір допоміжного устаткування для котлоагрегату

3.1 Тягодуттєва установка котлоагрегату БКЗ-75-39

Нормальна та безперебійна робота котлоагрегату вимагає забезпечення безперервної подачі повітря, необхідного для горіння палива, і відведення продуктів згоряння, що утворилися.

У котлах середньої та великої продуктивності застосовують штучну механічну тягу, що створюється спеціальними вентиляторами відцентрового типу (димотягами), здатними подолати великий опір газового тракту, який вимірюється сотнями міліметрів водяного стовпа.

Подача повітря в паливню котла здійснюється дуттєвими вентиляторами. Весь повітряний тракт знаходиться зазвичай під тиском.

Повітря, необхідне для горіння, засмоктується через всмоктуючий короб з верхньої зони котельного відділення, де його температура трохи вища, і нагнітається дуттєвим вентилятором по повітропроводу в повітропідігрівач. Після повітропідігрівника гаряче повітря розділяється на три потоки:

. Частина повітря (первинне повітря) подається під колесникові решітки в першу зону горіння, де відбувається висушування палива, і в другу зону горіння, де паливо під дією високої температури і первинного повітря газифікується і частково спалюється.

. Для спалювання газу над шаром палива подається вторинне повітря.

. Повне згоряння продуктів горіння забезпечує третинне повітря.

Димотяги і вентилятори встановлюють на окремих масивних залізобетонних фундаментах, що можуть сприйняти вібраційне навантаження під час їхньої роботи.

При кожній зміні навантаження котла необхідно змінювати кількість повітря, що подається в паливню, і напір, який створюється димотягом, тобто автоматично регулювати дуття і тягу, щоб уникнути погіршення ККД котла і перевитрати електроенергії на тягодуттєву установку. Розрахунок і вибір димотяга [5]:

1.      Витрата газів димотяга, м³/с

, (3.1.1)

де  - розрахункова витрата палива, =9,69 кг/с;

- об’єм продуктів горіння на 1 кг палива при надлишку повітря за повітропідігрівачем, =2,963 м³/кг;

 - присмокт повітря в газопроводах за повітропідігрівачем, =0,05;

 - теоретична кількість повітря на 1 кг палива, =1,11 м³/кг;

 - температура газів димотяга:

 (3.1.2)

де  - надлишок повітря у відхідних газах (за повітропідігрівачем) і їх температура, =1,64 і =180 °C.

Тоді витрата газів димотяга складе:

 м³/с

. Розрахункова продуктивність машини, м³/год

 м³/год (3.1.3)

де  - витрата газів при номінальному навантаженні котла, = 47,39·3600 =170604 м³/год;

 - коеф. запасу по продуктивності, =1,05;

- барометричний тиск, =740 мм рт. ст.

. Розрахунковий повний тиск машини, Па

, (3.1.4)

де  - коеф. запасу по тиску, =1,1;

- перепад повних тисків в тракті при номинальному навантаженні котла, =198,18 кг/м²=1944 Па.

 кг/м² [2138,58 Па]

Щоб визначити, чи задовольняє дана машина необхідним значенням  і , необхідно попередньо привести  до тих умов (питома вага переміщуваного середовища), для яких заводом-виробником надається характеристика машини, за формулою:

, (3.1.5)

де , (3.1.6)

тут  - питома вага газів при 0°C и 760 мм рт. ст., =1,17 ;

Т - абсолютна температура газів димотяга, Т=175,56 °C;

Т_ЗАВ- абсолютна температура повітря за заводською характеристикою машини, Т_ЗАВ=200 °C.

 кг/м² [2130 Па]

Вибираємо димотяг двостороннього всмоктування типу Д-15½·2, n=730 об/хв, η_е=63%.

. Споживана потужність димотягом, кВт

 = 171,53 кВт (3.1.7)

. Розрахункова потужність електродвигуна, кВт

 кВт (3.1.8)

Вибираємо електродвигун за  і приймаємо до установки асинхронний електродвигун типу 4А315М2У3 з Р_НОМ=200 кВт.

Розрахунок і вибір дуттєвого вентилятора [5]:

. Кількість холодного повітря, що всмоктується дуттєвим вентилятором, м³/с

 , (3.1.9)

де  - коеф. надлишку повітря в паливні, =1,4;

 - присмокти повітря в паливні, =0,05;

 - відносний витік повітря в повітропідігрівачі, приймається рівною присмоктів в ньому по газовій стороні, =0,05.

Тоді кількість холодного повітря :

 = 16,71 м³/с

. Далі розрахунок вентилятора аналогічний розрахунку димотяга, тому наведемо лише остаточні дані:

=63164 м³/ч;

=103,6 кг/м² [1016,3 Па];

=113,96 кг/м² [1118 Па];

=1,2;

=136,29 кг/м² [1337 Па];

 =23,4 кВт;

=24,57 кВт.

Вибираємо дуттєвий вентилятор типу ВДН-12,5-11, n=970 об/хв, η_е=80%.

Вибираємо електродвигун за  і приймаємо до установки асинхронний електродвигун типу 4А225М8У3 з Р_НОМ=30 кВт.

.2 Живильні пристрої котельної установки

Живильні пристрої є відповідальними елементами котельної установки, забезпечуючи безпеку її експлуатації.

Живильні пристрої повинні мати паспорт заводу-виробника і забезпечувати необхідну витрату живильної води при тиску, що відповідає повному відкриттю робочих запобіжних клапанів, встановлених на паровому котлі.

Живильні помпи вибираються за продуктивністю і повному напору. При визначенні продуктивності живильних помп слід враховувати витрату на живлення всіх парових котлів, на безперервну продувку, на пароохолоджувачі, редукційно-охолоджувальні й охолоджувальні установки. При цьому число і продуктивність живильних помп вибираються з таким розрахунком, щоб у разі зупинки найбільшої за продуктивністю помпи, ті, що залишилися могли забезпечити подачу води у зазначених вище кількостях.

Розрахунковий напір живильної помпи, Па:

, (3.2.1.)

де  - надлишковий тиск в барабані котла, =4,0 МПа;

 - запас тиску на відкриття запобіжних клапанів, приймається рівним 5% номінального тиску в барабані котла,  =0,2 МПа;

 - опір водяного економайзера, =0,17 МПа;

 - опір регенеративних підігрівачів високого тиску (на проектованій ТЕЦ даний тип підігрівачів відсутній), тому =0 МПа;

 - опір живильних трубопроводів від помпи до котла з урахуванням опору автоматичних регуляторів живлення котла, =0,2 МПа;

 - опір всмоктуючих трубопроводів, =0,01 МПа;

 - тиск, що створюється стовпом води, рівним по висоті відстані між віссю барабана котла і віссю деаератора, =0,095 МПа;

 - тиск в деаераторі, =0,12 МПа;

,1 - коефіцієнт запасу.

=5,155 МПа

Розрахункову продуктивність живильних помп з електроприводом, м³/год

 = 85 м³/год(3.2.2)

Вибираємо живильну електропомпу для котлів з тиском пари до 13,7 МПа типу ПЭ-100-56, V=100 м³/год, Н=540 м, n=2965 об/хв, N=232 кВт, η_е=66%.

.3 Деаераційні установки

Захист від корозії поверхонь нагріву котлів, теплообмінної апаратури і трубопроводів здійснюється видаленням з живильної води парових котлів корозійно-агресивних газів - кисню і вільної вуглекислоти.

Для дегазації і деаерації води на теплових електростанціях застосовують термічну деаерацію, яка здійснюється в деаераторах атмосферного типу, що працюють при абсолютному тиску 0,12 МПа. Вода підігрівається до 104 ° C (температура кипіння при 0,12 МПа). Щоб гаряча вода при вході в живильну помпу не закипала і помпа могла надійно подавати в котел воду високої температури, має бути забезпечений тиск води перед помпою більший за той, при якому відбувається утворення пари при даній температурі.

У зв'язку з цим деаератори встановлюють на порівняно великій висоті над живильними помпами.

Так як на всмоктування живильної електропомпи надходить вода в об’ємі

м³/ год, то деаератор повинен готувати таку ж кількість води плюс деякий запас. Отже, вибираємо деаератор типу ДСА-100/50 продуктивністю 100 т/год і корисною ємністю бака 50 м³.

.4 Золовловлювачі

Летка зола і частки незгорілого палива, що містяться в димових газах шкідливо впливають на навколишнє середовище, завдають шкоди промисловим і житловим об'єктам.

У зв'язку з цим боротьба за чистоту повітряного басейну і покращення санітарно-гігієнічних умов промислових міст є актуальним завданням. Основними заходами в цьому напрямку є:

. глибоке очищення димових газів від золи;

. пристрій високих димових труб відповідно до "Санітарних норм проектування промислових підприємств" для відводу і розсіювання димових газів на значну відстань від промислового об'єкта і населених пунктів;

. створення санітарно-захисних зон між електростанцією і житловим масивом.

Найбільш кардинальним рішенням захисту повітряного басейну від викидів золи і дрібнодисперсного пилу є захід, зазначений у п. 1.

Для цього на електростанціях застосовують спеціальні золовловлювальні пристрої (золоуловлювачі) наступних типів:

. циклони і батарейні циклони;

. мокропруткові апарати системи ВТІ;

. електрофільтри;

. комбіновані (двоступеневі) золоуловлювачі, в яких очищення газів відбувається послідовно в двох апаратах, принцип роботи яких різний, наприклад, батарейні циклони і електрофільтри.

Найбільш ефективне очищення димових газів від пиловугільної золи при середній і великий паропродуктивності котлів досягається в електрофільтрах. Тому часто застосовуються електрофільтри типу ДВП (димові, вертикальні, пилові) - сталеві, двох-, трьох або чотирьохсекційні апарати з вертикальним рухом газів, призначаються для уловлювання пилу з димових газів при температурах не вище 250 ° C.

Двоступеневі комбіновані золоуловлювачі ДВП-бц, ДГП-бц застосовуються при підвищених санітарних вимогах до очищення, ККД 96-98%, а також при високій запиленості газів - більше 20 г/нм³ (для котлоагрегату, що спалює тверде паливо - лігнін з вмістом золи 8,52%, за розрахунком запиленість - 33 г/нм³), тому приймаємо до установки золоуловлювач двоступінчастий типу ДВП-2·16,5-бц.

4. Охорона праці

4.1 Аналіз об’єкту з позиції небезпеки

Проектування, будівництво, реконструкція та експлуатація котельних установок здійснюється згідно «Правил будови і безпечної експлуатації парових котлів» з тиском пари не більше 0,07 МПа (0,7 кгс/см²) та водогрійних котлів з температурою нагріву води не вище 388 К (115°С).

Конструкція котла і його основних елементів повинна забезпечувати надійність і безпеку експлуатації на розрахункових параметрах протягом призначеного терміну служби, а також можливість технічного очищення, промивки, ремонту та експлуатаційного контролю металу.

Конструкція котла повинна забезпечувати можливість рівномірного прогрівання і вільного теплового розширення його елементів при розпалюванні і нормальному режимі роботи. Пристрій вводів живильної води і приєднання труб рециркуляції, а також розподіл живильної води в котлі не повинні викликати місцеве охолодження стінок елементів котла. Конструкція нагрівних елементів котла повинна забезпечувати надійне їх охолодження теплоносієм і не допускати перегрівання. Ділянки елементів котлів і трубопроводів з підвищеною температурою,які є доступними для обслуговуючого персоналу, повинні бути покритими тепловою ізоляцією, що забезпечує температуру зовнішньої поверхні не більше 45°С при температурі навколишнього середовища не більше 25°С.

Пристрій газоходів повинен виключати можливість утворення вибухонебезпечного скупчення газів, забезпечувати необхідні умови для очищення газоходів від відкладень продуктів згоряння, а також можливість вільного теплового переміщення газоходів. У газоходах за кожним котлом повинна бути встановлена димова заслінка (шибер). У верхній частині заслінки котла, що працює на газі і рідкому паливі, виконують отвір діаметром не менше 50 мм. Приводи шиберів повинні виводитися на зручне і безпечне для обслуговування місце. В обмурівці паливні котлів і газоходів повинні бути лази: прямокутні розміром не менше 400×450 мм або круглі діаметром не менше 450 мм. В якості лазів можуть використовуватися дверцята паливні і амбразури пальникових пристроїв за умови, що їх розміри будуть не менше вказаних у даному пункті. Для огляду паливні та зовнішніх поверхонь котлів і газоходів в обмурівці повинні бути передбачені люки, що закриваються дверцями. Число люків, їх розташування і розміри встановлює організація, що здійснює проектування котла. Дверцята лазів, дверцята паливні повинні мати міцні запірні пристрої, які виключають можливість самовільного відкривання і забезпечують достатню газощільність. На котлах з надлишковим тиском газу в паливні, газоходах люки повинні бути оснащені пристроями, що виключають проходження газів назовні при їх відкриванні.

Кожен котел з камерним спалюванням палива (пилоподібного, газоподібного, рідкого), з шахтною паливнею для спалювання торфу, тирси, стружки та інших дрібних виробничих відходів, а також жаротрубний для захисту їх від по-пошкоджень при вибухах відхідних газів повинні бути забезпечені вибуховими запобіжними пристроями, які повинні бути розміщені і влаштовані так, щоб при їх спрацьовуванні виключалося травмування людей.

Кожен котел повинен мати трубопроводи:

підведення живильної або мережної води;

продувки котла і спуску води при його зупинці;

видалення повітря з котла при заповненні його водою і розпалюванні;

продувки пароперегрівача і паропроводу;

відбору проб води і пари;

введення в котлову воду коригувальних реагентів в період експлуатації і очищаючих реагентів при хімічному очищенні котла;

відведення води або пари при розпалюванні і зупинці;

розігріву барабанів при розпалюванні.

Пальники повинні забезпечувати безпечну і економічну експлуатацію котлів. Пальники повинні забезпечувати надійне запалення і стійке горіння палива без відриву і проскакування полум'я за межі паливні в заданому діапазоні режимів роботи, не допускати випадання крапель рідкого палива на стінки паливні.

Підведення палива до пальників, вимоги до запірної регулюючої і запобіжної арматури, перелік необхідних захистів і блокувань, а також вимоги до приготування та подачі палива регламентуються для кожного виду палива.

Контроль якості зварювання і зварних з'єднань включає:

) перевірку атестації персоналу;

) перевірку складально-зварювального, термічного і контрольного устаткування, апаратури, приладів та інструментів;

) контроль якості основних матеріалів;

) контроль якості зварювальних матеріалів і матеріалів для дефектоскопії;

) операційний контроль технології зварювання;

) неруйнівний контроль якості зварних з'єднань;

) руйнівний контроль;

) контроль виправлення дефектів.

Основними методами неруйнівного контролю металу і зварних з'єднань є:

візуальний і вимірювальний;

радіографічний;

ультразвуковий;

радіоскопічний;

гідравлічні випробування.

Контроль устаткування і матеріалів неруйнівними методами повинен проводитись підприємствами та організаціями, що мають рішення органу технагляду на виконання цих робіт.

Результати по кожному виду контролю і місце контролю повинні фіксуватися у звітній документації.

Візуального і візуально-оптичному контролю підлягають кожний виріб і всі його зварні з'єднання на всій довжині з метою виявлення зовнішніх дефектів.

Радіографічний і ультразвуковий методи контролю повинні застосовуватись для виявлення внутрішніх дефектів у зварних з'єднаннях(тріщин, пор, шлакових включень і т. д.).

Радіографічний та ультразвуковий контролі якості зварних з'єднань повинні проводитися відповідно до «Правил побудови і безпечної експлуатації трубопроводів пари та гарячої води».

Мінімальне значення пробного тиску при гідравлічному випробуванні для котлів, пароперегрівачів, економайзерів, а також для трубопроводів в межах котла приймаються:

при робочому тиску не більше 0,5 МПа: Р_п = 1,5 Р, але не нижче 0,2 МПа;

при робочому тиску більше 0,5 МПа: Р_п = 1,25 Р, але не менше (Р +0,3).

При гідравлічних випробуваннях барабанних котлів, а також пароперегрівників за робочий тиск приймається тиск в барабані котла, а для котлів з примусовою циркуляцією (безбарабанних і прямотечійних) - тиск живильної води на вході в котел.

Максимальне значення пробного тиску встановлюється розрахунками на міцність за нормативними документами, погодженими Держнаглядохоронпраці України.

Для управління роботою котлів і забезпечення безпечних режимів експлуатації вони повинні бути оснащені:

) пристроями, які запобігають підвищенню тиску (запобіжними пристроями);

) покажчиками рівня води;

) манометрами;

) приладами для вимірювання температури середовища;

) запірною та регулюючою арматурою;

) приладами безпеки;

) живильними пристроями.

У проекті котла має бути передбачено така кількість арматури, засобів вимірювання, автоматики і захистів, яка необхідна для забезпечення регулювання режимів, контролю параметрів, відключення котла, надійної експлуатації, безпечного обслуговування, ремонту.

Кожен елемент котла, внутрішній об'єм якого обмежений запірною арматурою, повинен бути захищений запобіжними пристроями, які автоматично запобігають підвищенню тиску за допустимі межі шляхом випуску робочого середовища в атмосферу або утилізаційну систему.

В якості запобіжних пристроїв допускається застосовувати:

) важільно-вантажні запобіжні клапани прямої дії, виключаючи їх використання в транспортабельних котельнях;

) пружинні запобіжні клапани прямої дії;

) викидні запобіжні пристрої (гідрозатвори).

На парових котлах тиском більше 4 МПа (40 кгс/см²) (за винятком пересувних котлів і котлів паропродуктивністю менше 35 т / год) повинні встановлюватися тільки імпульсні запобіжні клапани; на транспортабельних котлах та котлах паропродуктивністю менше 35 т / год мають встановлюватися пружинні запобіжні клапани.

На кожному паровому котлі, за винятком прямотечійних, повинно бути встановлено не менше двох покажчиків рівня води прямої дії. Допускається додатково встановлювати покажчики рівня води непрямої дії. Кількість і місця встановлення покажчиків рівня води в котлах, в тому числі із ступінчастим випаровуванням в барабанах або з виносним сепаратором, визначається організацією, яка проектує котел. Кожен покажчик рівня води повинен мати самостійне підключення до барабана котла.

На парових котлах паропродуктивністю більше 10 т / год обов'язковим є встановлення реєструючого манометра.

Манометр повинен бути встановлений на барабані котла, а за наявності у котла пароперегрівача - і за пароперегрівачем, до головної засувки.

На прямотечійних котлах манометр повинен бути встановлений за пароперегрівачем, перед запірним клапаном.

На кожному котлі повинні бути передбачені прилади безпеки, що забезпечують своєчасне і надійне автоматичне відключення котла або його елементів при недопустимих відхиленнях від заданих режимів експлуатації.

Парові котли з камерним спалюванням палива повинні бути обладнані автоматичними пристроями, які припиняють подачу палива до пальників при зниженні рівня нижче допустимого.

У котлах з шаровим спалюванням палива автоматичні пристрої повинні відключати у зазначених вище випадках тягодуттєві пристрої і механізми паливоподачі паливні.

Приміщення і горищні перекриття над котлами не допускається.

Всередині виробничих приміщень допускається встановлення:

) прямотечійних котлів паропродуктивністю не більше 4 т / год кожний;

) котлів, що задовольняють умову (t-100) V≤100 (для кожного котла), де t-температура насиченої пари при робочому тиску, ^оС; V - водяний об'єм котла, м³;

) водогрійних котлів теплопродуктивністю кожен не більше 10,5 ГДж/год (2,5 Гкал/ год), які не мають барабанів;

) котлів-утилізаторів - без обмежень.

Приміщення котельні повинні бути забезпечені достатнім природним світлом, а в нічний час - електричним освітленням.

Місця, які з технічних причин не можна забезпечити природним світлом, повинні мати електричне освітлення. Освітленість повинна відповідати вимогам «Природне і штучне освітлення».

Крім робочого освітлення, у котельнях повинно бути аварійне електричне освітлення.

Обов'язковому обладнанню аварійним освітленням підлягають наступні місця:

) фронт котлів, а також проходи між котлами, позаду котлів і над котлами;

) щити і пульти управління;

) водовказівні та вимірювальні прилади;

) зольні приміщення;

) вентиляторні площадки;

) димотягові майданчики;

) приміщення для баків і деаераторів;

) обладнання водопідготовки;

) площадки та сходи котлів;

) помпові приміщення.

Робоче та аварійне освітлення, електричне обладнання та його заземлення повинні відповідати вимогам «Правил улаштування електроустановок».

Відстань від фронту котлів або виступаючих частин паливні до протилежної стіни котельні повинна становити не менше 3 м, при цьому для котлів, що працюють на газоподібному або рідкому паливі, відстань від виступаючих частин пальникових пристроїв до стіни котельного приміщення має бути не менше 1 м, а для котлів, обладнаних механізованими паливнями, відстань від виступаючих частин паливні повинна бути не менше 2 м.

Для зручного і безпечного обслуговування котлів, пароперегрівачів і економайзерів повинні бути встановлені постійні площадки і сходи з поручнями висотою не менше 0,9 м із суцільною обшивкою по низу не менше 100 мм. Перехідні площадки і сходи повинні мати перила з обох сторін. Площадки довжиною понад 5 м повинні мати не менше двох сходів, розташованих в протилежних кінцях.

Майданчики і сходи можуть бути виконані:

із просічно-витяжного листа;

із рифленої листової сталі або з листа з негладкою поверхнею, отриманої наплавленням або іншим способом;

із смугової (на ребро) сталі з площею просвіту вічок не більше 12 см².

Застосування гладких майданчиків і сходів, а також виконання їх з пруткової (круглої) сталі забороняється.

Майданчики і сходи в котельні напіввідкритого і відкритого типів повинні бути виконані із просічно-витяжного листа або стрічкової сталі.

Сходи повинні мати ширину не менше 600 мм, висоту між сходинками не більше 200 мм. Ширину щаблів не менше 80 мм. Сходи великої висоти повинні мати проміжні майданчики. Відстань між площадками повинна бути не більше 4 м. Сходи висотою більше 1,5 м повинні мати кут нахилу до горизонталі не більше 50 °.

Ширина вільного проходу площадок повинна бути не менше 600 мм, а для обслуговування арматури, котельно-вимірювальних приладів та іншого обладнання- не менше 800 мм.

Вільна висота над підлогою площадок і сходинками сходів у котельні повинна бути не менше 2м.

До обслуговування котлів можуть бути допущені особи не молодше 18 років, що пройшли медичний огляд, навчені, атестовані і мають посвідчення на право обслуговування котлів.

Періодична перевірка знань персоналу, що обслуговує котли, повинна проводитись не рідше одного разу на 12 місяців.

Позачергова перевірка знань проводиться:

) при переході на інше підприємство;

) у разі переведення на обслуговування котлів іншого типу;

) при переведенні котла на спалювання іншого виду палива;

) за рішенням адміністрації або за вимогою інспектора технагляду.

Комісія з періодичної та позачергової перевірки знань призначається наказом по підприємству, участь у її роботі інспектора технагляду визначається цим органом.

Результати перевірки знань обслуговуючого персоналу оформляються протоколом за підписом голови та членів комісії з відміткою в посвідченні.

Котел повинен бути негайно зупинений і відключений дією захистів чи персоналом у наступних випадках:

при виявленні несправності запобіжного клапана;

якщо тиск в барабані котла піднявся вище дозволеного на 10% і продовжує зростати;

при зниженні рівня води нижче нижнього допустимого рівня;

при підвищенні рівня води вище верхнього допустимого рівня;

при припиненні дії всіх живильних насосів;

при припиненні дії всіх покажчиків рівня приладах;

якщо в основних елементах котла виявлені тріщини, вирячені, пропуски в зварних швах, обрив анкерного болта;

недопустимого підвищення або зниження тиску в тракті прямоточного котла до вбудованих засувок;

при згасанні факела в паливні при камерному спалюванні палива.

несправності автоматики безпеки чи аварійної сигналізації, включаючи зникнення напруги на цих пристроях;

виникнення в котельні пожежі, яка загрожує обслуговуючому персоналу або котлу. Порядок аварійної зупинки повинен бути вказаний у виробничій інструкції, причини аварійної зупинки повинні бути вказані у виробничому журналі.

Котли до пуску в роботу повинні бути зареєстровані в органі технагляду. Автономні економайзери і пароперегрівачі реєструються як окремі котли.

Кожен котел повинен піддаватися технічному огляду експертом органу технагляду до пуску в роботу, періодично в процесі експлуатації і в необхідних випадках - позачерговому огляду.

Технічний огляд котлів, які не зареєстровані в органах технагляду, проводяться особою,яка відповідальна за робочий стан і безпечну експлуатацію котлів.

Огляд пароперегрівників і економайзерів, які складають з котлом один агрегат, проводиться одночасно з котлом.

4.2 Нормативи з охорони праці

Охорона життя і здоров'я людини є пріоритетним напрямком соціальної політики держави. В Україні прийнято закон прямої дії «Про охорону праці», який регламентує захист конституційного права працівників на безпечні умови праці. Створена законодавча база захищеності життя і здоров'я працівників. Законодавство України про охорону праці складається із загальних законів України та спеціальних законодавчих актів. Загальними законами України, що визначають основні положення з охорони праці є Конституція України, Закон України «Про охорону праці», Кодекс законів про працю (КЗпП), Закон України «Про загальнообов'язкове державне соціальне страхування від нещасного випадку на виробництві та професійного захворювання, які спричинили втрату працездатності»

Крім загальних законів України, правові відносини у сфері охорони праці регулюються спеціальними законодавчими актами, указами і розпорядженнями Президента України, рішеннями уряду України, нормативними актами міністерств та інших центральних органів державної виконавчої влади. Сьогодні проводиться значна робота з питань вдосконалення законодавчої бази з питань охорони праці, адаптації українського законодавства з охорони праці до вимог Європейського Союзу. Актуальність даної теми визначається тим, що на сьогодні в Україні складається дуже небезпечна ситуація в питаннях охорони праці, життя та здоров'я людини. Велика кількість законів залишається на папері і не працюють.

4.3 Заходи пожежної безпеки

Видобуток і підготовка лігніну є пожежонебезпечним виробництвом і вимагає підвищеної уваги і суворого дотримання правил пожежної безпеки.

Значення пожежонебезпечних та санітарно-гігієнічних характеристик лігніну наведені в таблицях 4.3.1 та 4.3.2 відповідно.

Таблиця 4.3.1 Значення пожежонебезпечних характеристик лігніну

Таблиця 4.3.2 Значення санітарно-гігієнічних характеристик лігніну

Кабіни машин, призначені для робіт з видобутку та перевезення лігніну обладнуються герметичними ущільненнями і вентиляцією з пилозахисним фільтром.

Робочі ділянки з підготовки лігніну забезпечуються спеціальним одягом, пилозахисними окулярами та респіраторами. Щоб уникнути падіння машин на відстані 2 м від краю майданчика для сушіння лігніну, розташованої на верху відвалу, на відстані 10 м один від одного встановлюються віхи пофарбовані в жовтий колір з чорними смугами.

Машини, призначені для робіт з видобутку та перевезення лігніну, обладнуються іскрогасниками та первинними засобами пожежогасіння.

Прибиральні машини обладнуються сигналізаційними пристроями та дзеркалом заднього виду для спостереження за станом робочих органів.

Прибирання лігнінового пилу в пункті з сортування і дроблення лігніну проводиться щозміни після попереднього його зволоження дрібним розбризкуванням з розпилювачів або інших подібних пристроїв.

Щоб уникнути запилення все технологічне обладнання накривається металевими кожухам, а штабелі підготовленого лігніну ущільнюються і при необхідності покриваються поліетиленовою плівкою. Завантаження готової продукції в автотранспорт проводиться через телескопічний рукав.

Робочі місця обслуговуючого персоналу обладнуються необхідним комплектом інструментів, інвентарем, інструкціями.

Робочі місця з сортування обладнуються двостороннім гучномовним зв'язком та звуковою сигналізацією.

На робочих місцях вивішуються таблички з умовною сигналізацією:

один сигнал - пуск механізму в роботу через 30 с;

два сигнали - зупинка механізму;

три сигналу - збір обслуговуючого персоналу зміни у встановленому місці;

більше трьох сигналів - тривога, пожежа, аварія.

Для очищення бункерів від пилу і наростів застосовуються інструменти, які не іскряться.

При ремонтних роботах застосовуються переносні світильники напругою не вище 36 В, що забезпечені запобіжною сіткою та гачком для підвіски. Все обладнання заземлюється. Внутрішні поверхні кришок шаф з відкритими струмопровідними елементами електрообладнання забарвлюються в червоний сигнальний колір.

Всі з’єднувальні муфти приводів, ланцюгові і клиноремневі передачі обладнуються жорстко закріпленими огородженнями, пофарбованими в жовтий сигнальний колір.

В даному розділі було розглянуто та проаналізовано котлоагрегат як об’єкт підвищеної небезпеки. Також були проведені заходи пожежної безпеки, оскільки видобуток і підготовка палива - лігніну є пожежонебезпечним виробництвом і вимагає підвищеної уваги і суворого дотримання правил пожежної безпеки.

За організацію безпечної експлуатації відповідає керівництво підприємства, яке повинно забезпечити утримання котлів у справному стані і безпечні умови їх експлуатації шляхом організації належного обслуговування. Відповідно до Закону України «Про охорону праці» за порушення законодавчих та інших нормативних актів про охорону праці, створення перешкод для діяльності посадових осіб органів державного нагляду за охороною праці і представників професійних спілок винні працівники притягаються до дисциплінарної, адміністративної, матеріальної, кримінальної відповідальності згідно із законодавством.

. Економічна частина

Техніко-економічне обґрунтування установки котла для спалювання лігніну.

В зв’язку з системним ростом цін на природний газ рентабельність виробництва теплової енергії постійно знижується, а частка палива в собівартості продукції зростає. Тому, актуальним є питання використання альтернативних енергоносіїв в промисловій теплоенергетиці.

Як показали багаторічні дослідження і промислові випробування, проведені цілою низкою науково-дослідних, навчальних та промислових підприємств, з лігніну можна отримувати цінні види промислової продукції. Для енергетики - з вихідного гідролізного лігніну можна виготовляти брикетоване комунально-побутове та камінне паливо, а з суміші лігніну з відсівами вуглезбагачення - виробляти брикетоване енергетичне паливо.

У даному розділі наведено результати виконаної оцінки ефективності використання інвестиційних ресурсів на реалізацію проекту установки котла для спалювання лігніну. Мета проведення даних розрахункових досліджень полягає в отриманні науково-обгрунтованої інформації для прийняття рішення про інвестування проекту.

Визначальним показником до впровадження інноваційних проектів, пов`язаних із придбанням, модернізацією чи реконструкцією основних засобів у будь-якій галузі промисловості, так і в енергетиці є вартість виробленої продукції у даному випадку теплоенергії. Тому необхідно розрахувати собівартість теплової енергії, прибуток від виробництва теплоенергії та відповідний термін окупності нововведень.

При встановленні котла,що спалює місцеві види палива економічний ефект досягається за рахунок різниці у вартості палива, що спалюється (заміщення імпортованого газу місцевим видом палива - лігніном).

Таблиця 1. Вихідні дані для розрахунку собівартості теплової енергії

Розрахунок собівартості теплової енергії котла до реконструкції

Витрати на паливо(природний газ):

З_п = В_р· Ц_п· Т,

де В_р - витрата палива, нм³/год;

Ц_п - ціна палива, грн/ м³;

Т - число годин роботи котла в рік,8760 год

З_п = 5671 · 4,9 · 8760 =243 422 004 грн/рік

Витрати на воду:

З_в = 5,22 · Т · k_бвк,

де k_бвк - коефіцієнт, що враховує безповоротні втрати конденсату;

З_в = 5,22 · 24 · 365 · 0,15 = 6859 грн/рік

Витрати на електроенергію, що витрачається на власні потреби:

З_ел.ен.= N_вст. · Т · Ц_ел.ен. ,

де N_вст. - встановлена потужність живилиних помп, димотягів, вентиляторів, кВт;

Т - число годин роботи котла в рік,8760 год;

Ц_ел.ен - собівартість електроенергії, 0,734 грн/кВт;

З_ел.ен.= 750 · 8760 · 0,734 = 4 822 380 грн/рік

Витрати на заробітну плату:

З_з.п.= n · m · Ф_сер ,

де n - кількість змін;- кількість людей в зміну;

Ф_сер - середньорічна заробітна плата одного робітника;

З_з.п.=2 · 15 · 3000 · 12 = 1 080 000 грн/рік

Із врахуванням відрахувань на соціальне страхування, у фонд зайнятості , пенсійний фонд затрати на заробітну плату складають:

З^''_зп = 1,5 · З_зп = 1,5 · 1 080 000= 1 620 000 грн/рік.

Витрати на амортизацію:

З_ам = А ·  · К_бл ;

де А= 3,3% - середня норма амортизаційних відрахувань;

К_бл - капіталовкладення в блок. К_бл = 45 · 10⁶ грн.

З_ам= · 45 · 10⁶ = 1 485 000 грн/ рік

Витрати на виробництво теплової енергії:

З_заг = З_п + З_в + З_ел.ен.+ З_з.п. + З_ам ;

З_заг = 243 422 004 + 6859 + 4 822 380+1 620 000+1 485 000 = 251 356 243 грн/ рік

Собівартість теплової енергії до реконструкції:

,

 грн/Гкал

Розрахунок собівартості теплової енергії котла після реконструкції

Витрати на паливо(лігнін):

З_п = В_р· Ц_п· Т = 35541 · 0,65 · 8760 =202 370 454 грн/рік

Витрати на воду:

З_в = 5,22 · Т · k_бвк = 5,22 · 24 · 365 · 0,15 = 6859 грн/рік

Витрати на електроенергію, що витрачається на власні потреби:

З_ел.ен.= N_вст. · Т · Ц_ел.ен. = 750 · 8760 · 0,734 = 4 822 380 грн/рік

Витрати на заробітну плату, а також відрахування на соціальне страхування, у фонд зайнятості , пенсійний фонд залишилися ті ж самі:

З^''_зп = 1,5 · З_зп = 1,5 · 1 080 000= 1 620 000 грн/рік.

Витрати на амортизацію:

З_ам = А ·  · (К_бл +К_рек);

де К_рек - капіталовкладення в реконструкцію.

Ці витрати складають :

вартість обладнання ( 235 000 грн. )

вартість проектувальних та монтажних робіт (58 750 грн. )

Тоді К_рек = 235 000 + 58 750= 293 750 грн.

З_ам = 3,3 ·  · (45 · 10⁶ +293 750) = 1, 495 · 10⁶ грн/рік

Витрати на виробництво теплової енергії:

З_заг = З_п + З_в + З_ел.ен.+ З_з.п. + З_ам ;

З_заг = 202 370 454 + 6859 + 4 822 380+1 620 000+1 495 000 = 210 314 693 грн/ рік Собівартість теплової енергії після реконструкції:

 грн/Гкал

Економічний ефект від реконструкції :

ε_р = (С^до - C^після) · i_пп · D · T - E_н · К_рек,

де ε_р- річний економічний ефект, грн.;

С^до , С^після - собівартість теплоенергії до і після реконструкції, грн./Гкал;_пп - частка відпущеної теплоенергії за рік,- паропродуктивність, т/год;

Т - число годин роботи котла в рік, 8760 год;_н - нормативний коефіцієнт ефективності капіталовкладень, E_н=0,15;

К_рек - додаткові капіталовкладення, які необхідні для реконструкції.

ε_р = (430 - 360) · 0,889 · 75 · 8760 - 0,15 · 293 750 = 408,41 ·10³ грн/рік

Термін окупності реконструкції:

Т= =

Таблиця 2. Економічні показники реконструкції котла БКЗ-75-39

Отже, на основі проведених розрахунків можна зробити висновок, що дана реконструкція котла БКЗ-75-39 з метою заміни природного газу на відходи гідролізного виробництва - лігніну є доцільною, оскільки собівартість теплоенергії знизилась і становить 360 грн/Гкал , а розрахунковий термін окупності складає 0,7 року тому реконструкція є рентабельною.

Висновок

Під час виконання бакалаврської кваліфікаційної роботи проведено реконструкцію котлоагрегату БКЗ-75-39 з врахуванням в якості палива відходів гідролізного виробництва - лігніну.

Розглянуто та обґрунтовано альтернативний вид палива для котлоагрегату

БКЗ-75-39 - лігнін. Наведені його переваги перед традиційними енергоносіями, які швидко вичерпуються.

Проведено загальну характеристику котлоагрегату БКЗ-75-39. Запропоновано на місці одного з пальників встановити спеціальну паливню - передпаливня. Зроблений тепловий розрахунок передпаливні котлоагрегату БКЗ-75-39 для спалювання лігніну. Проведено тепловий розрахунок БКЗ-75-39, на основі якого вибрано допоміжне устаткування (тягодуттєва установка, живильні пристрої, деаератор, золовловлювач).

В розділі «Охорона праці» розглянуто питання охорони праці та проаналізовано котлоагрегат як об’єкт підвищеної небезпеки. Наведено заходи пожежної безпеки, оскільки видобуток і підготовка палива - лігніну є пожежонебезпечним виробництвом і вимагає підвищеної уваги і суворого дотримання правил пожежної безпеки.

В розділі «Економічна частина» зроблено розрахунок основних техніко-економічних показників, в результаті яких дана реконструкція котла БКЗ-75-39 з метою заміни природного газу на відходи гідролізного виробництва - лігніну є доцільною, оскільки собівартість теплоенергії знизилась і становить , а розрахунковий термін окупності складає 0,7 року тому реконструкція є рентабельною.

Література

1.      Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод / под редакцией Н.В. Кузнецова. - М.: Энергия, 1973.

.        Зах, Р.Г. Котельные установки / Р. Г. Зах. - М.: Энергия, 1968. - 352 с.

.        Эстеркин, Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование /

Р. И. Эстеркин. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1989. - 280 с.

.        Сидельковский, Л.Н. Парогенераторы промышленных предприятий: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Промышленная теплоэнергетика» / Л.Н. Сидельковский, В.Н. Юренев - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1978. - 336 с.

.        Аэродинамический расчет котельных установок. Нормативный метод / под редакцией С.И. Мочана. - 2-е изд., М.: Энергия, 1964.- 146 с., ил.

.        Залкинд, Е.М. Материалы обмуровок и расчет ограждений паровых котлов / Е.М. Залкинд. - М., Энергия, 1972. 184 с., с ил

.        Эстеркин, Р.И. Котельные установки. Курсовое и дипломное проектирование: учеб. пособ. для техникумов / Р. И. Эстеркин. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989.- 280 с.

.        Гинзбург-Шик, Л.Д. Тепловые электрические станции и их технологическое оборудование / Л. Д. Гинзбург-Шик, А. П.Бордюков. - М., Энергия, 1967.- 406 с.

.        Лифшиц, О. В. Справочник по водоподготовке котельных установок / О. В. Лифшиц. - 2-е изд., перераб. и доп., - М.: Энергия, 1976.

.        Правила будови і безпечної експлуатації парових та водогрійних котлів, КИЇВ, 1998.

11.    Мисак, Й.С., Пристрої для утилізації теплової енергії / Й.С. Мисак та інші. - Л.: Видав. НУ ЛП. 2006. - 152 с.

12.    Янко, П.І. Режими експлуатації енергетичних котлів / П.І. Янко, Й.С. Мисак. - Л.: Українські технології, 2004. - 272 с.

13.    Мисак, Й.С. Паливні пристрої для спалювання низькосортних палив / Й.С.Мисак, Я.М. Гнатишин, Я.Ф. Івасик. - Л.: Видав. НУ ЛП. 2002. - 136 с.

14.    Теплова енергетика - нові виклики часу/За заг. редакцією П. Омеляновського, Й.С. Мисака. - Л.: НВФУкраїнські технології, 2009. - 660 с.