Badanie kotła.doc

POLITECHNIKA  LUBELSKA

WYDZIAŁ  ELEKTRYCZNY

LABORATORIUM   WYTWARZANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Temat : Badanie kotła.

Elektrociepłownia Megatem EC-Lublin jest nowoczesnym zakładem dysponującym 502 MW mocy zainstalowanej, w tym do produkcji ciepła w postaci gorącej wody i pary technologicznej 481 MW, oraz 21MW energii elektrycznej.

W ruchu ciągłym pracuje :

·         5 kotłów parowych(EKM-50) o mocy 40 MW każdy,

·         3 kotły wodne(2 x WP-70 i 1 x WP-120) o mocy odpowiednio 81MW i 140 MW każdy,

·         2 turbogeneratory o mocy 10,5 MW każdy.

W dalszych rozważaniach zajmiemy się kotłem EKM-50, gdyż jeden z tych właśnie kotłów badaliśmy.

Kocioł jest urządzeniem służącym do zamiany energii paliwa stałego, poprzez jego spalanie , na energię cieplną gazów spalinowych , a następnie na energię wody i pary przegrzanej. Kocioł jest gabarytowo największym urządzeniem znajdującym się w budynku głównym elektrociepłowni. 

Rys.1. Schemat budowy kotła EKM 50

{ 1- ruszt taśmowy;  2-ekran;  3-schładzacz;  4-rury opadowe;  5-obmurze;  6-walczak;    7-przegrzewacz pary, I stopień; 8- przegrzewacz III stopień;  9- przegrzewacz II stopień;    10-podgrzewacz wody, III stopień;  11-podgrzewac wody II stopień;  12-podgrzewacz wody,  I stopień;  13- podgrzewacz powietrza;  14-dopływ wody zasilającej;  15- wylot pary przegrzanej;  16- wylot spalin;  17-odprowadzanie popiołu;  18- odprowadzanie żużla }

Badany kocioł  jest kotłem walczakowym parowym, dwuciągowym z paleniskiem warstwowym.  Posiada on dwa ruszty taśmowe o szerokości 3,10 m osadzone na wałach z kołami zębatymi. Podział rusztu na dwie części wynika z tego że przy dużej szerokości rusztu, a co za tym idzie dużej długości wału napędowego, skręcenia wału mogły by doprowadzić do zerwania rusztu. Wał napędowy rusztu napędzany jest silnikiem asynchronicznym zasilanym z przetwornicy częstotliwości, co umożliwia zmianę prędkości przesuwu rusztu. Jest to regulacja prędkości w dół dlatego konieczne jest chłodzenie silnika dodatkowym wiatrakiem zasilanym silniczkiem o mocy 25W .Do napędu rusztów taśmowych stosuje się również silniki prądu stałego pracujące w układzie Leonarda.

Węgiel jest dostarczany z zasobnika  przykotłowego  za pomocą zsypu bezpośrednio na ruszt. Strumień masy paliwa dostarczanego do kotła reguluje się zmianą prędkości przesuwu rusztu oraz zmianą grubości warstwy paliwa za pomocą warstwownicy,  którą można przesuwać w płaszczyźnie pionowej.

Zapalenie paliwa na ruszcie następuje w wyniku działania tzw. sklepienia zapłonowego, które jest umieszczone nad rusztem w dolnej części przedniej ściany kotła. Sklepienie  wykonane z materiału ceramicznego o dużej wytrzymałości termicznej nachylone jest w kierunku rusztu pod pewnym optymalnym kątem powodującym odbicie części promieniowania cieplnego pochodzącego od palącego się węgla w palenisku i skierowanie go na świeżo dostarczony na ruszt węgiel. W wyniku tego węgiel nagrzewa się , odgazowuje ,a następnie zapala się. Po spaleniu się węgla w palenisku powstały w wyniku spalania  popiół i żużel wpada do jednego z 3 lei żużlowych umieszczonych pod rusztem.

W pierwszym ciągu kotła znajduje się komora paleniskowa temperaturze dochodzącej do 1200°C , jest ona ekranowana pionowymi rurkami o średnicy 60 mm i grubości  ścianek 3,8mm wykonanymi ze specjalnej stali kotłowej K18 odpornej na wysoką temperaturę. Górne końce ekranów  dołączone są  do komór zbiorczych które połączona są  z walczakiem, dolne końce ekranów poprzez kolektory i rury opadowe również są połączone z walczakiem . Woda  wpływająca  z kolektorów do ekranów umieszczonych na ścianach komory paleniskowej ogrzewa się w wyniku czego powstają w niej pęcherzyki  pary . W rurach ekranu mieszanina wodno parowa ma mniejszą gęstość niż woda w rurach opadowych połączonych do kolektorów, w wyniku tego woda w rurach ekranów płynie w górę do walczaka ( gdzie para jest oddzielana  od wody), natomiast woda w rurach opadowych płynie w dół do kolektorów.

Takie samoczynne krążenie wody w kotle nazywa się naturalnym obiegiem wody (grawitacyjnym). Rury wznoszące , opadające, komory zbiorcze (kolektory) i walczak tworzą parownik czyli zespół kotła służący do wytwarzania pary nasyconej suchej.

         Walczak służy do oddzielania pary od wody i ma postać cylindra o średnicy 1.20 m  i długości 8m ( szerokość kotła ) spawanego ze stali o grubości 40 mm. Jest on urządzeniem podlegającym kontroli Urzędu Dozoru Technicznego, szczelność walczaka bada się przeprowadzając próby ciśnieniowe polegające na napełnieniu go  wodą o ciśnieniu równym 1,2 wartości ciśnienia roboczego i odstawieniu walczaka na okres 1 doby. Duże wymiary walczaka mają na celu zwiększenie lustra wody w nim zawartej , przez co zmniejsza się prędkość pary wilgotnej  nad lustrem wody ,  co  zapobiega porywaniu  kropelek wody przez parę. W walczaku odbywa się również odsalanie kotła , polegające na bieżącym usuwaniu soli które nie rozpuściły się w parze i powodowałyby zwiększenie zasolenia wody w walczaku. Usuwanie soli z walczaka odbywa się bezpośrednio z pod lustra wody. Ubytki wody w wyniku parowania i odsalania są uzupełniane odpowiednio uzdatnioną i podgrzaną wodą zasilającą. Poziom wody w walczaku powinien być stały, jest  on obserwowany przez obsługę kotła za pomocą kamer przemysłowych , dopuszczalne wahania wynosiły  + 10cm .

         Podgrzewanie wody uzupełniającej ubytki w walczaku odbywa się w podgrzewaczach wody umieszczonych w drugim ciągu kotła. Kocioł typu EKM 50 posiada trzy podgrzewacze wody zasilającej, pierwszy jest wykonany z ożebrowanych rur żeliwnych , dwa następne wykonane są z rur stalowych ( stal K 18) i umieszczone nad pierwszym. Takie umieszczenie podgrzewaczy jest podyktowane tym że gdyby podgrzewacze stalowe były zastosowane w strefie niskich temperatur spalin, narażone byłyby na korozję zewnętrzną rur na wlocie wody oraz na korozję tlenową wewnętrzną. Podgrzewacze żeliwne są stosowane jako podgrzewacze wstępne gdyż ich ożebrowane rury , dzięki rozwiniętej powierzchni zapewniają dobrą wymianę ciepła  przy niższych temperaturach. Podgrzewacze wody w kotłach dwuciągowych są narażone na erozję wskutek popiołu zawartego w spalinach, ponieważ na cząstkę popiołu działają tu w zgodnym kierunku siły ciężkości  i siły wynikające z prędkości spalin. Zastosowanie podgrzewaczy wody zasilającej poprawia sprawność kotła dzięki zmniejszeniu strat wylotowych i obniżeniu ilości ciepła dostarczanego wodzie w parowniku aby doprowadzić ją do wrzenia. Wytworzona w walczaku para , zanim trafi do turbiny, przechodzi przez trzy szeregowo połączone  przegrzewacze pary gdzie zostaje osuszona i przegrzana do odpowiedniej temperatury. Przegrzewacze pary są wykonane w postaci wężownic z rur stalowych bez szwu.

Pierwszy stopień przegrzewania pary jest umieszczony w przewale kotła gdzie następuje oddawanie ciepła od spalin  poprzez konwekcje. Następnie para trafi na drugi stopień przegrzewania pary , umieszczony nad ekranami komory paleniskowej w pierwszym ciągu kotła. Powierzchnie ogrzewalne tego przegrzewacza przejmują ciepło na drodze promieniowania. Trzeci stopień przegrzewania pary umieszczony jest za pierwszym stopniem. W celu regulowania temperatury pary wytworzonej w kotle miedzy drugim i trzecim stopniem przegrzewania pary zainstalowany jest schładzacz. Doprowadzona do schładzacza woda schładzająca jest rozbryzgiwana za pomocą specjalnych dysz i w wyniku odparowania obniżą temperaturę pary.

Ostatnim elementem kotła umieszczonym pod podgrzewaczem wody jest rekuperacyjny podgrzewacz powietrza w wykonaniu żeliwnym. Podgrzewa on powietrze używane w procesie spalania paliwa w kotle na zasadzie wymiany ciepła między spalinami a tłoczonym powietrzem poprzez powierzchnie ogrzewalne

Elementy kotła mocowane są na stalowej konstrukcji , całość jest izolowana obmurzem z materiałów ceramicznych odpornych na wysoką temperaturę

Rys.2. Rozkład temperatur w kotle EKM 50.

Wyniki pomiarów.