КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Назначение и классификация котельных установок

Совокупность устройств, предназначенных для получения водяного пара,называется котельной установкой.

По назначению различают следующие типы котельных установок:

Энергетические, в которых пар служит для выработки электрической энергии;

Производственно-отопительные, пар которых используется для различных технологических процессов и для отопления зданий;

Отопительные;

Смешанного назначения

 

Котельные агрегаты состоят из парового котла; топки и ряда вспомогательных устройств, служащих для подогрева воды и воздуха; обмуровки; каркаса, тягодутьевой установки; арматуры и гарнитуры.

Т о п к а служит для сжигания топлива

Пароперегреватель предназначен для подогрева насыщенного пара, полученного в котле.

Водяной экономайзер служит для подогрева поступающей в котел питательной воды теплом уходящих из котла продуктов сгорания топлива.

Воздухоподогреватель предназначен для подогрева поступающего в топочное устройство воздуха теплом уходящих газов.

Тяго - дутьевое устройств о состоит из вентилятора, системы газо-воздухопроводов и дымовой трубы, обеспечивающих подачу необходимого количества воздуха в топочное устройство, движение продуктов сгорания по газоходам и удаление охлаждённых продуктов сгорания за пределы котельного агрегата.

Питательные устройства включают в себя насосы для подачи воды в котельный агрегат под давлением и трубопроводы.

О б м у р о в к а - внешнее изоляционное защитное ограждение котла.

1

А р м а т у р о й называют приборы и устройства, которые обеспечивают безопасную и безаварийную работу котлов и котельного оборудования (задвижки, клапаны, краны, водоуказательные приборы.

Гарнитура - устройства, которые предназначены для обслуживания дымового тракта и защиты обмуровки от разрушения (топочные дверцы, люки- лазы,дверные глазки, взрывной клапан, заслонки)

Схема котельной установки и её элементы.

Из топливного бункера (12) кусковое топливо подается в мельницу (10), откуда мельничным вентилятором (13) направляется в горелку (11), сюда же подается воздух, подогретый в воздухоподогревателе (5). В камерной топке (1) происходит сжигание топлива, образующиеся высокотемпературные газы отдают свое тепло поверхностям нагрева: экранам (14) - излучением, фестону (15) - конвекцией. Выходя из топки (1) дымовые газы отдают тепло трубкам пароперегревателя (3), экономайзера (4), затем воздухоподогревателя (5), остывают, проходят очистку в газоочистительном оборудовании (7) и дымососом (8) выбрасываются в атмосферу. Холодная вода насосом подается в экономайзер (4), подогревается дымовыми газами и направляется в барабан (2) парового котла, оттуда опускается по опускным не обогреваемым трубам (16) и поступает в подъемные трубы-экраны( 14) и фестон (15), где происходит - парообразование. Влажный насыщенный пар подымается в барабан (2), где собирается над водой в паровом :пространстве, отделяется от капелек воды в сухопарнике и сухим направляют в пароперегреватель (3) где превращается в перегретый пар и оттуда подается потребителю. Воздух из атмосферы вентилятором (6) подается в воздухоподогреватель (5) на подогрев, затем на горение топлива в горелку (11).

РАЗВИТИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Основные типы паровых котлов

Паровые котлы делятся на группы по следующим признакам:1 ) по назначениию — станционарные и передвежные;

 по циркулянии воды в котле— котлы с естественной и принудительной и циркуляции;

по давлению пара—котлы низкого давления (дорк=1,5—1,6 Мн/м2), среднего давления (до рк = 3,0—3,5 Мн/м2) и высокого давления (до рк= 18,0 Мн/м2 и более);4)по конструкции .котлы газотрубные и водотрубные ;

по мощьности — котлы большой, средней и малоймощьности;

по расположению поверхности нагрева в пространстве— котлы горизонтальные и вертикальные.

4)По конструкции паровые котлы делятся на два типа - газотрубные и водотрубные.

В газотрубных котлах основные поверхности нагрева находятся внутри цилиндрического сосуда заполненного водой. По типу этих котлов изготовляли паровозные котлы.

 

В водотрубных котлах многочисленные трубки диаметром 50-100мм с циркулирующей по ним водой помещены в среду горячих газов.

По характеру движения рабочего тела водотрубные котлы делятся на три типа:

С естественной циркуляцией

С принудительной циркуляцией

Прямоточные. 1.Однобарабанный котёл П-образной компоновки.(С естественной циркуляцией)

Котёл имеет вертикальную ориентацию и П- образную компоновку поверхностей нагрева, наиболее перспективную. Топочная камера полностью экранирована 2. Непосредственно за фестоном расположен небольшой пароперегреватель 3 . Нижний барабан заменён коллектором. С целью повышения экономичности котла его снабжают теплообменниками: пароперегревателем 3, экономайзером 4, воздухоподогревателем 5.

2.В котлах с принудительной циркуляцией в испарительном контуре установлен циркуляционный насос, который создаёт определённый напор для преодоления гидравлического сопротивления контура.

 

 

3

3.Прямоточный котёл Рамзина.

Принцип прямоточности состоит в том, что вода под давлением подаётся насосом в котёл. При постепенном нагревании последовательно проходит все стадии парообразования: 1 .нагревается до кипения 2.образуется влажный насыщенный пар 3.затем сухой 4.перегретый пар Вода проходит однократно по змеевику. Котёл имеет П-образную форму. Левая часть является радиационной зоной, и состоит из камерной топки. В правой конвективной зоне котла расположены: выносная зона 4, экономайзер 6, воздухоподогреватель5,7. Вода, нагретая в экономайзере 5, подаётся в радиационную зону котла и, получая теплоту от факела горящего топлива излучением, нагревается и превращается во влажный насыщенный пар. В выносной зоне 4 проходит окончательное испарение влаги, образуется сухой насыщенный пар, который далее поступает в радиационный пароперегреватель 2, затем в конвективную часть пароперегревателя, оттуда в машинный зал электростанции.

Достоинства: простота конструкции, малый расход металла, высокое давление пара, высокая паропроизводительность.

Недостатки: необходимость очень чистой питательной воды и полного автоматического регулирования процессов.

Газоснабжение котельных

Газоснабжение городов, населенных пунктов и больших промышленных предприятий осуществляется природным газом, который подается из системы магистральных газопроводов. Газ поступает главную газораспределительную станцию (ГPC), размещенную за городом, и от неё по газопроводам высокого давления (до 6 кгс/см2) подаётся на газорегуляторные пункты (ГРП) среднего давления для районов города или в газорегуляторные пункты (ГРП) и газорегуляторные установки (ГРУ) промышленных предприятий.

Газопроводы на территории городов и населенных пунктов а также промышленных, коммунальных и бытовых потребителей:низкого давления- — до 0,05 кгс/см2

среднего давления — от 0,05 до 3 кгс/см2

 

высокого давления — от 3 до 6 кгс/см2 и от 6 до 12 кгс/см2.

Газопроводы по размещению на территории предприятия разделяются на

внешние(дворовые,межцеховые) внутренние( цеховые),а по месторасположению относительно поверхности земли — на

подземные и надземные.

Участок от распределительного газопровода городской сети к помещению вместе с отключающим устройством называется вводом.

В котельных прокладываются газопроводы только низкого и среднего давления.

В отдельно стоящих котельных допускается ввод газопровода высокого давления, но не более 6кгс/см2.

На вводе газа в котельную в освещенном и удобном для обслуживания месте должна быть установлена задвижка. Перед задвижкой на газопроводе должен быть изолирующий фланец для защиты от блуждающих токов.

На каждом отводе от распределительного газопровода к котлу предусматривается не менее двух отключающих устройств одно из которых устанавливается непосредственно перед горелкой.

Кроме арматуры и контрольно-измерительных приборов на газопроводе, перед каждым котлом обязательно должно быть установлено автоматическое устройство, обеспечивающее безопасную работу котла.

Для предотвращения попадания, газа в топку котла при неисправных отключающих устройствах необходимы продувочные свечи и газопроводы безопасности с отключающими устройствами, которые у не работающих котлов должны быть открыты.

Газопроводы котельных низкого давления окрашивают в желтый цвет, а среднего — в желтый с красными кольцами.

Продувочные трубопроводы должны иметь минимальное количество поворотов. Их выводят вне здания котельной на высоту не менее 1 м выше карниза крыши, в месте, где существуют безопасные условия для рассеивания газа. Концы продувочных трубопроводов загибают либо устанавливают над ними защитные зонты во избежание попадания в них атмосферных осадков.

Схемой газопроводов котельной предусматривается установка контрольно- измерительных приборов (КИП) для измерения давления газа и воздуха перед горелками и разрежения в топке. Приборы располагают в удобных для наблюдения местах.

В котельной следует, как правило, производить открытую прокладку газопроводов. В полу допускается прокладка только подводящих газопроводов к отдельным котлам. Канал, с уложенным в нем газопроводом, предварительно окрашенным масляной краской, должен быть забетонирован. Резьбовые и фланцевые соединения, также установка арматуры на газопроводах, заделанных в бетонном полу, не допускаются. Расстояния от газопроводов до строительных конструкций, технологического оборудования и трубопроводов другого назначения должны обеспечить возможность монтажа, осмотра и ремонта как самих газопроводов, так и устанавливаемой на них арматуры. Не допускается пересечение газопроводами вентиляционных каналов и шахт, воздуховодов и газоходов.

Газопроводы крепят к стенкам, колоннам и перекрытию котельной, а также к каркасам котлов с помощью кронштейнов подвесок и хомутов. Приварка хомутов и кронштейнов к газопроводам не допускается. Газопроводы должны лежать на опорах плотно, без зазоров. Газопроводы, транспортирующие осушенный газ, прокладывают без уклонов, а влажного газа—с уклоном не менее 0, 03. При наличии счетчика газопроводы прокладывают с уклоном от него.

5

Расстояние от стенки газопровода до электропровода (или кабеля) внутри помещений, а также от электроприборов должно быть не менее: при параллельной прокладке—25 см, при скрытой прокладке электропроводки или кабеля (края заделанной борозды) —5 см, в местах пересечения -10см, от стенки распределительного или коммуникационного электрощита или шкафа, предохранителей, рубильников и др. — 50 см. При пересечении газопровода с водопроводом, канализацией и другими трубопроводами расстояние между трубами в свету принимается менее 2 см. В местах прохода для людей газопроводы прокладывают на высоте не менее 2, 2 м до низа трубы. При расположении арматуры на высоте более 2 м следует предусматривать площадки обслуживания из несгораемых материалов с лестницами или дистанционный их привод. Для редко обслуживаемой арматуры допускает использовать переносные лестницы. Трубы соединяют, как правило, сваркой. Резьбовые и фланцевые соединения допускаются в местах установки отключающих устройств, коллекторов, регуляторов давления, КИП, газовых горелок. Газопроводы после окончания монтажа и испытаний окрашивают масляными красками в светло- коричневый или желтый цвет.

Для газопроводов используют бесшовные и электросварные трубы. Сортамент труб выбирают в соответствии с действующими стандартами.

Для включения, отключения, изменения давления или направления газового потока, а также удаления газа применяют газовую арматуру. В зависимости от назначения арматура может быть запорной или дроссельной.

Запорная арматура служит для герметичного отделения одной части газопровода от другой. Дроссельная арматура предназначена для точного регулирования проходного сечения газопровода.

Запорная арматура должна обеспечивать герметичность отключения, быстроту включения (отключения), надежность и минимальное гидравлическое сопротивление. Наиболее распространенным видом запорной арматуры являются различного типа задвижки, а также краны с принудительной смазкой. Смазка обеспечивает герметичность затвора, предохраняет кран от коррозии и обеспечивает поворачивание пробки. Помимо кранов со смазкой применяют также простые поворотные краны. Поворотные краны подразделяются на натяжные, сальниковые и самоуплотняющиеся. К газовой арматуре относятся также гидравлические затворы, конденсатосборники и компенсаторы.

Гидравлический затвор представляет собой ёмкость с отводами для присоединения к газопроводу на сварке, способный выполнять одновременно две функции: сборника конденсата и запорного устройства. Конденсатосборник их устанавливают в низших точках газопроводов для сбора и удаления воды.

Для обеспечения температурных перемещений газопроводов при изменении температуры окружающей среды устанавливают компенсаторы, которые бывают тарельчатые, линзовые и лирообразные. На подземных газопроводах наибольшее распространение получили линзовые компенсаторы. Применяются также гнутые П- образные компенсаторы, которые широко распространены при прокладке наружных газопроводов.

ГАЗОРЕГУЛЯТОРНЫЕ ПУНКТЫ

Газорегуляторные пункты (ГРП) или установки (ГРУ) служат для снижения давления газа до заданной величины; поддержания заданного давления вне зависимости от изменения расхода газа и давления на входе в ГРП или ГРУ; прекращения подачи газа при повышении или понижении его давления после ГРП и ГРУ сверх установленных норм.

Отличие ГРУ от ГРП заключается в том, что первые сооружаются непосредственно у потребителей и предназначены для снабжения газом котлов и других агрегатов, расположенных только в одном помещении, в то время как ГРП оборудуются на городских распределительных сетях. Принципиальные схемы ГРП и ГРУ аналогичны.

Газорегуляторное оборудование может быть размещено в отдельно стоящем здании, в помещении, встроенным в котельную, или в металлических шкафах снаружи здания. В последнем случае установка называется шкафным регуляторным пунктом (Ш Р П).

Здание ГРП должно быть наземным одноэтажным из огнестойких материалов I и II степени огнестойкости.

Перекрытие здания делают из: лёгких материалов. Допускается перекрытие из сборного железобетона, но при этом площадь оконных проёмов должна быть 500 см2 на 1 м3 объема. Эти меры необходимы для предотвращения разрушений в случае взрыва газовоздушной смеси внутри здания. Пол в здании ГРП выполняют из несгораемых и неискрящихся материалов для того, чтобы не образовывались искры при падении металлических предметов, при хождении от металлических подковок на обуви и т. д. Двери в здании ГРП должны открываться наружу. Помещение ГРП должно быть достаточно Температура в помещении ГРП должна быть не ниже 5°С.

В комплект оборудования ГРП входят:

фильтр для очистки газа от механических примесей,

предохранительно-запорный клапан автоматически отключающий подачу газа потребителям в случае выхода из строя регулятора давления газа,

регулятор давления газа снижающий давление газа и автоматически поддерживающий его на заданном уровне,

предохранительно-сбросной клапан на выходе газа в случае неплотного закрытия предохранительно-запорного клапана или регулятора давления

манометры для замера давления на входе и выходе из ГРП

Основную линию, на которой размещена газовая аппаратура, оборудуют обводным газопроводом (байпасом) с двумя задвижками, с помощью которых при неисправности основной линии вручную регулируют давление газа..

Водогрейные котлы по характеру циркуляции воды (независимо от конструкции) являются прямоточными, т. е. с однократным движением воды по отдельным его элементам. В этом их сходство с паровыми прямоточными котлами. Водогрейные котлы характеризуются в основном теплопроизводительностью, а также температурой нагретой воды и ее давлением. Выпускают чугунные  и стальные водогрейные котлы. Чугунные водогрейные котлы имеют небольшую теплопроизводительность и применяются в системах водяного отопления отдельных, жилых и общественных зданий. Они предназначены для подогрева воды до температуры 115 °С при давлении р ^ 0, 7 МПа. Чугунные котлы можно также использовать в качестве паровых с давлением пара р ^ 0,17 МПа, при этом их оборудуют паросборниками. Стальные водогрейные котлы применяют в системах централизованного теплоснабжения. Их устанавливают в крупных квартальных и районных котельных, а также на ТЭЦ в качестве «пиковых». Теплопроизводительность стальных водогрейных котлов значительно выше, чем чугунных, Стальные водогрейные котлы теплопроизводительностью до 23 МВт используют для нагрева воды от 70 до 150 °С при давлении ее на в ходе в котел 1, 6 МПа. Котлы теплопроизводительностью 35 МВт и выше предназначены для нагрева воды до 200 °С при максимальном давлении ее на входе в котел около 2, 5 МПа.

8

 

Рис. IV. 2. Схема соединения секций чугунного котла

                Чугунные водогрейные котлы

Чугунные котлы (рис. IV. 2) собирают из отдельных секций 1, соединяемых между собой с помощью вкладышей-ниппелей, которые вставляют в специальные отверстия 2 и затягивают стяжными болтами 3. Такая конструкция позволяет подбирать требуемую поверхность нагрева котла, а также производить замену отдельных секций в случае их повреждения. Чугунные котлы в отличие от стальных меньше подвергаются коррозии, имеют небольшие габариты и могут компоноваться как е внутренними, так и с выносными топками. В котлах о внутренними топками топочные устройства размещают внутри поверхности нагрева

 

Рис. IV. 7. Чугунный котел «Мннск-1»

1 — колосниковая решетка; 2 — секция; 3 — газоход; 4 — крышка лючка; 5 — перегородки для создания многоходового движения газов

Котел «Минск-1» (рис. IV. 7) состоит из секций, выполненных из двух труб,соединяющихся у ниппельных головок. Движение воды в котле прямоточное, а продукты сгорания движутся по много ходовой схеме, включающей подъемный, опускной, сборный и продольный газоходы. Котел может работать на твердом, жидком и газообразном топливе. Газоходы котла могут компоноваться в двух вариантах: с перегородками  без них. Мощность котла при сжигании каменных углей (в зависимости от типоразмера) составляет 0, 27—0, 51, при работе на антраците —0, 54—КОЗ МВт.

Котел ТВГ-8 (рис. IV .11). Конвективная и радиационная поверхности

торые выполнены из труб диаметром 51 X 2,5 мм. Трубы в секциях конвективной поверхности расположены горизонтально, а в секциях радиационной поверхности       вертикально. Радиационная поверхность состоит из пяти секций экранов, три из которых двойного облучения и дельят топку на четыре части. Конвекти вная поверхность нагрева выполняется из различного числа секций. Дымовые тазы омывают трубки конвективной поверхности поперечным потоком, а радиационной поверхности - в основном продольным потоком. Котел оборудован подовыми горелками , которые размещены между секциями радиационной поверхности. Схема движения воды в котлах показана на рис. IV. 12. Вначале вода для подогрева поступает в два нижних коллектора 1 конвективной поверхности; пройдя последнюю, она собирается в верхних коллекторах 2 и далее по потолочно-фронтовым трубам 3 направляется в нижний коллектор 4 потолочного экрана, откуда по потолочно-фронтовым трубам 5 поступает в верхний коллектор 6. После этого вода последовательно проходит экраны: левый боковой 7, три двухсвет­ных 8 и правый боковой. Нагретая вода через коллектор 9 правого бокового экрана выходит в теплосеть.

 

Котлы КВГ( котёл водогрейный газовый) - это прямоточные секционные котлы, работающие на газовом топливе, представляют собой трубную систему, скомпонованную в одном транспортабельном блоке. Трубная система состоит из радиационной и конвективной поверхностей нагрева. Вода, двигаясь последовательно по всем экранам, нагревается и поступает в выходной коллектор котла. На коллекторе установлены манометр, термометр, предохранительный и обратный клапаны, и из коллектора вода поступает в тепловую сеть.

 

Паровые котлы типа ДКВР. (двухбарабанный котёл вертикально- водотрубный реконструированный)

Паровой котёл состоит из двух горизонтальных барабанов 2, 6 разной длины диаметром 1м, расположенных один над другим, и соединённых кипятильными трубками5. Слоевая топка с пневматическим забрасывателем размещена под верхним барабаном. Экранные трубы 5 расположены по боковым сторонам топки. Верхние концы трубок закреплены в верхнем барабане 2, нижние в коллекторах, включенных в нижний барабан 6. Экран выполняет две функции: 1. защита стенок топки от перегрева.

2. образует развитую парообразующую поверхность нагрева радиацией. Поверхность нагрева конвекцией образуют пучки кипятильных труб, соединяющие верхний и нижний барабаны. В газоходе котла установлен вертикальный пароперегреватель. Питание котла осуществляется от двух перфорированных труб, находящихся в водном пространстве верхнего барабана. Котёл имеет сепарационное устройство, размещённое в паровом пространстве верхнего барабана. Котёл имеет облегченную обмуровку из шамотного легковеса и совелитовых плит.

Паровые двухбарабанные котлы с развитыми котельными пучками типа Е, Е (КЕ), ДКВ. В котлах типа Е (рис. 10), применяемых для сжигания газового, жидкого и твердого топлива, топочная камера 2 изнутри покрыта боковыми 6 и фронтально-потолочными 5 экранами, соединенными с входными коллекто­рами 1 и 3. Пароводяная смесь из экранов поступает в верхний барабан 7 (из боковых экранов после коллектора 4). За топкой в газоходе, имеющем поперечные перегородки, расположен котельный пучок 9, образующий с барабанами 7 и 10 самостоятельный циркуляционный контур, в котором по передним, сильно обогреваемым трубам поднимается пароводяная смесь, а по задним, слабообогреваемым опускается вода.

Эти котлы малой производительности (до 1 т/ч) и давления (0, 9 МПа), не имеют экономайзеров и перегревателей, предусмотрена установка дымососа для удаления газов.

 

Трубная система имеет:

верхний 5 и нижний барабаны 8, размещенные на одной вертикальной оси и соединенные между собой пучком труб, образующх конвективную поверхность нагрева 9;два боковых топочных экрана; экраны включены в циркуляционный контур котла через коллекторы, которые вварены с двух сторон в барабаны;

фронтовой экран, который переходит в потолочный; трубы экрана одними концами вварены в верхний барабан, а другими в поперечный фронтовой коллектор, который двумя перепускными трубами соединен с нижними коллекторами левого и правого экранов.

Трубная система собрана на общей раме (рис. 74)

 

Паровы, котлы ДЕ, их устройство и работа

Котлы предназначены производить насыщенный и перегретый пар для технологических потребностей предприятий, систем отопления, горячего водоснабжения и вентиляции.

Во всех типоразмерах котлов этой серии внутренний диаметр верхнего и нижнего барабанов — 1000 мм.

В котлах различной производительности длина цилиндрической части барабанов изменяется от 2240 мм (котел ДЕ-4) до 7500 (котел ДЕ-25). В каждом барабане в переднем и заднем днище установлены лазовые затворы, которые обеспечивают доступ в барабаны при осмотре и ремонте.

Ширина топочной камеры всех котлов этой серии по осям экранных труб одинакова и составляет 1830 мм.

Средняя высота топочной камеры всех котлов также одинакова —2600 мм.

Котлы ДЕ состоят из топочной камеры и конвективного пучка труб (рис. 78).

Топочная камера 13 размещена справа от конвективного пучка 14 и отделена от него перегородкой из плотно поставленных и сваренных между собой труб диаметром 51 х4 мм.

Трубы диаметром 51 х2,5 мм правого бокового экрана покрывают также дно и потолок топочной камеры ввальцованы в верхний и нижний барабаны.

Трубы заднего топочного экрана такого же диаметра приварены к верхнему и нижнему коллекторам, связанным рециркуляционной необогреваемой трубой. Коллекторы присоединены к верхнему и нижнему барабанам.

Фронтовой экран отличается от заднего только отсутствием части труб внутри для размещения амбразуры горелки и лаза. Фронтовой экран котлов ДЕ-16 и ДЕ- 25 образован четырьмя трубами, ввальцованными в верхний и нижний барабаны.

Дно топки закрыто слоем огнеупорного кирпича. 11

Конвективный пучок образован расположенными в коридорном порядке вертикальными трубами 0 51 х2, 5 мм, ввальцованными в верхний и нижний барабаны.

Котлы-утилизаторы. Для использо­вания теплоты отходящих газов различ­ных технологических установок, в том числе и печей, применяются котлы-ути­лизаторы, вырабатывающие, как прави­ло, пар. При высоких температурах га­зов (более 900 °С) эти котлы снабжают­ся радиационными (экранными) поверх­ностями нагрева и имеют такую же ком­поновку, как и обычный паровой котел, только вместо топки — радиационная камера, в которую снизу входят газы. Воздухоподогреватель отсутствует, если нет необходимости в горячем воздухе для нужд производства. Газы сначала охлаждаются в радиационной камере, как в топке «обычного» котла. Большой

Та к, о настоящее время выпускается серия, унифицированных котлов типа КУ (КУ-125; КУ-00-1; КУ-80-3; КУ-6О-2), устанавливаемых за печами заводов чер­ной металлургии. Первая цифра в мар­кировке означает максимальный часовой расход, газов через котел (тыс.м3 при нормальных условиях). Температура га­зов на входе 650-850 °С. Параметры

вырабатываемого пара: давление 1,8-

4, 5 МПа и температура 365-385 °С. Па­рой производительность котла КУ-125, на­пример, составляет 27-4 1 т/ч. Все кот­лы этой серии, как и большинство других змеевиковых утилизаторов, работают с многократной принудительной цирку­ляцией воды через испарительные повер­хности (рис. 18. 11). Вода, подогретая в водяном экономайзере <5, подается в барабан 3, откуда забирается циркуля­ционным насосом 2 и прокачивается че­рез испарительные змеевики 4. Затем па­роводяная смесь возвращается в бара­бан, где пар отделяется от воды. Вода вновь направляется в циркуляционный насос, а отсепарированный пар -в па­роперегреватель 1, который установлен в зоне поеьшленной температуры газов.

Конструктивные элементы котлов

Топочные экраны.

 

В топочных камерах современных котлов одновременно с процессом горения происходит передача теплоты излучением от образующихся высокотемпературных продуктов сгорания трубам, покрывающим стены

топки и получившим название топочных экранов. В барабан­ных котлах топочные экраны являются преимущественно испа­рительными поверхностями нагрева. Топочные экраны обра­зуются гладкотрубными (рис. 57, а), п л а в н и ко в ы м и (рис. 57, б) трубами / или трубами с вваренными п роста вка ми 2 (рис. 57, в). В последних двух случаях топка представляет жесткую раму из цельносварных газоплотных экранов с умень­шенной общей массой. В таких топках ликвидируются при- сосы и появляется возможность работы под наддувом, сни­жается толщина и масса обмуровки, облегчается каркас котла. Для уменьшения тепловых потерь с наружной стороны экраны покрыты обмуровкой 3.

 

Фестон 2 представляет испарительную поверхность нагре­ва, образованную трубами 1 заднего экрана, разведенными в шахматном порядке в несколько (три-четыре) рядов (рис. 60). Для уменьшения степени шлакования и забивания золой труб фестона последние расположены на значительном расстоянии друг от друга как в продольном (S2 = 200/300 мм), так и в поперечном направлении (S1=SZ, где S — расстояние

18

Сепарационные устройства.

На предохранение внутренних поверхностей пароперегревателя, паропроводов от образования отложений влияет солесодержание пара. В насыщенный пар примеси попадают вместе с капельками котловой воды, содержащей соли, поэтому необходимо снижать влажность пара.. Устройства, служащие для снижения влажности пара, называют сепарационными. Сепарационные устройства размещают внутри барабана в виде дырчатых щитов или циклонов, либо используют выносные циклоны.

Дополнительные поверхности нагрева.

Пароперегреватели — это теплообменные устройства, предназначенные для получения перегретого пара.

Перегрев пара производится теплом дымовых газов. Пароперегреватели выполняются в виде змеевиков из стальных бесшовных труб. Концы змеевиков пароперегревателя присоединяются к коллекторам насыщенного и перегретого пара. По способу подвода тепла пароперегреватели делятся на конвективные, радиационные и комбинированные. Конвективные пароперегреватели обычно размещаются во втором газоходе, и теплота от газов к поверхности труб пароперегревателя передается путем конвекции. Радиационные пароперегреватели размещаются в топочной камере, и поверхность труб подвергается действию лучистой энергии горящего топлива. Комбинированные пароперегреватели имеют как радиационную, так и конвективные поверхности. Пар вначале поступает в радиационную часть пароперегревателя, а затем в конвективную.

По способу включения пароперегревателей в систему парового котла различают следующие схемы: прямоточную, противоточную, смешанную (рис. 1). Наиболее экономичной является противоточная схема, в которой достигается наибольшая разность температур между газами и паром и поверхность пароперегревателя получается наименьшей. Однако змеевики такого пароперегревателя находятся в тяжелых температурных условиях.

Змеевики, - включенные по схеме прямотока, находятся в более благоприятных температурных условиях, но поверхность нагрева пароперегревателя увеличивается. При включении пароперегревателя по комбинированной схеме недостатки предыдущих схем устраняются. Рис. 1. Схема движения газов и пара в пароперегревателе.

а) — противоток газа и пара; б) — прямоток газа и пара, в) - смешанная схема

Воздухоподогреватели • — это теплообменники, в которых осуществляется подогрев воздуха, поступающего в топку, теплом уходящих газов.

Подогрев воздуха облегчает подсушку и воспламенение влажных и многозольных топлив, улучшает процесс горения и повышает к. п. д. котельного агрегата. В топках со слоевым сжиганием топлива допускается подогрев воздуха до температуры не более 200°С, а в камерных топках — до 300° С и выше.

 Рис. 2 Схема трубчатого воздухоподогревателя

В современных котельных установках большое применение получили трубчатые воздухоподогреватели (рис 2). Горячие газы движутся внутри труб; снаружи трубы омываются воздухом.

В настоящее время весьма перспективными являются регенеративные воздухоподогреватели. Регенеративный воздухоподогреватель (рис. 3) представляет собой медленно вращающийся (2—5 об/мин) ротор, имеющий набивку из тонких гофрированных стальных листов заключенных в

К кожуху присоединяются воздушный и газовый короба. При вращении ротора он попеременно проходит то через газовый, то через воздушный поток. Регенеративный воздухоподогреватель отличается небольшими габаритами и малым весом

 

Экономайзеры —

это устройства, предназначенные для подогрева питательной воды перед подачей ее в котел за счет тепла уходящих газов.

Наличие экономайзеров снижает потери тепла с уходящими газами, приводит к уменьшению расхода топлива и повышает к. п. д. котельной установки. Экономайзеры делятся на кипящие, в которых вода доводится до кипения и частичного (10—20%) испарения, и на не кипящие, в которых температура воды ниже температуры кипения на 20— 30°С. Экономайзеры представляют собой систему чугунных или стальных труб, гладких или ребристых, внутри которых циркулирует вода; снаружи трубы обогреваются топочными газами, уходящими из котла. В котельных агрегатах высокого давления применяются стальные водяные экономайзеры. Они выполняются в виде змеевиков горизонтального типа (рис. 40, а). Змеевики в газоходе располагаются в

шахматном порядке. Вода поступает во входной коллектор 1, а через выходной коллектор 2 нагретая вода выходит из экономайзера.

21

На рис. 4,б показана конструкция чугунного водяного экономайзера. Он состоит из стандартных ребристых труб, уложенных одна на другую и соединенных между

собой чугунными коленами — «калачами» таким образом, что эти трубы образуют вертикальную батарею. Экономайзеры работают по схеме противотока с обязательным движением воды по трубам снизу вверх. Последнее обеспечивает естественный отвод воздуха и образовавшихся пузырьков пара с водой через верхний коллектор экономайзера. Рис. 4 Чугунный экономайзер,

1— водяной коллектор; 2 — змеевик из труб; 3 — выходной коллектор; 4 — опора змеевика; 5 — входной патрубок; 6 - трубы экономайзера; 7 — .перепускной патрубок; 8 — выходной патрубок.

 

Каркас - пространственная рамная металлоконструкция, предназначенная для крепления (опоры или подвески) поверхностей нагрева и трубопроводов, ограждений, изоляции, площадок обслуживания и других элементов котла.

 

Обмуровка котла.(стены котельного агрегата)

Обмуровка котла - предназначена для тепловой и гидравлической изоляции котла от окружающей среды.. Обмуровка должна обладать необходимой механической прочностью, плотностью, температуростойкостью и хорошими теплоизолирующими свойствами.

Обмуровку делят на :тяжёлую, облегченную и лёгкую.

Тяжёлая обмуровка обычно состоит из двух слоёв: внутреннего, обращённого к газоходу, и наружного. Внутренний слой, выполненный из огнеупорного материала (шамотный кирпич) называют футеровкой. Наружный - облицовочный слой выполняют из материала низкой теплопроводности (обыкновенный строительный кирпич)

Облегченная обмуровка состоит из легковесного шамотного кирпича, огнеупорного бетона, огнеупорной хромомагнезитовой обмазки, диатомитового кирпича, асбестовермикулитовой плиты и снаружи обшита стальным листом.

Лёгкая обмуровка выполняется из торкретной массы, закреплённой на металлической сетке, жаростойкой изоляции из диатомита и слоя из нескольких диатомитных плит. Поверх плит на металлическую сетку наносится штукатурка, окрашенная масляной краской в два слоя.

Внешняя температура обмуровки не должна превышать температуру окружающего воздуха более чем на 25-30°С

Арматура котла

К арматуре котла относятся манометры, предохранительные, питательные и обратные клапаны, вентили и задвижки, водоуказательные и продувочные устройства.

Трёхходовой кран

Трехходовой кран устанавливается между манометром и сифонной трубкой, он служит для отключения и проверки исправности манометра.

Пробка и корпус крана имеют два отверстия: сквозное и поперечное, которое доходит до сквозного под прямым углом к нему (рис. 11).Чтобы установить трехходовой кран в нужное положение, сделаны риски (прорези), указывающие расположение и направле­ние каналов. Пробка крана может занимать пять положений: рабочее, когда сквозное отверстие соединяет манометр с котлом, а поперечное упирается в глухую стенку корпуса; проверка манометра нануль, когда соединен манометр с атмосферой; для продувки сифонной трубки, когда котел соединен с атмосферой; нейтральное,когда пробка крана не доведена до рабочего положения, а в сифонной трубке накапливается вода; для проверки рабочего манометра контрольным, когда котел соединен с рабочим и контрольным манометрами.

Водоуказательный прибор

состоит из:

а)верхнего крана, соединенного с паровым пространством котла (паровой кран )

б)нижнего крана, соединенного с водяным пространством котла (водяной кран)

в)продувочного крана, расположенного корпусе нижнего крана;

г)круглого стекла, уплотненного сальниками.

 

Обратный клапан предохраняет котёл от утечки воды в случае падения давления в

питательной линии. При поступлении воды в котёл клапан открыт. При внезапном понижении давления в питательной магистрали клапан под действием собственного веса закрывается и тем самым предохраняет котёл от утечки воды и возможной аварии.

На питательной линии устанавливают питательный клапан , на паропроводе устанавливают запорный вентиль (задвижку).

Предохранительные клапаны

предназначены для выпуска пара из котла в атмосферу, когда давление в нём превышает допустимое.

Гарнитура котлов.

К гарнитуре котлов относятся заслонки для тяги и дутья, лазы и гляделки в обмуровке, взрывные клапаны, горелки, каркас обмуровки.

 

Лазы служат для осмотра, ремонта и очистки газоходов от золы, а также для шуровки слоя топлива.

Для регулирования тяги и перекрытия борова служат чугунные заслонки. Взрывные клапаны устанавливают с целью предохранения обмуровки от разрушения при взрыве горючих газов или пыли в котле.

Раздел 3. СЖИГАНИЕ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА В КОТЛАХ

Топки.

Устройство, где протекает процесс горения топлива, называют топкой.

Топки бывают :

1.      Слоевые

2.      Камерные

1.   Слоевые топки служат для сжигания твёрдого кускового топлива, где происходит сжигание топлива слоем на колосниковой решётке

2.                                        Камерные топки служат для сжигания твёрдого пылевидного, газообразного и жидкого (мазута) топлив во взвешенном состоянии. Сжигание происходит в камере факельным или вихревым{циклонным) способом. Топливо подаётся через горелки или форсунки(для жидкого топлива) установленные в стенах камеры.

Слоевые топки

Состоит из ограждающих конструкций, образующих топочное пространство 1, колосниковой решётки 2, на которую загружается топливо. Через канал 5 подаётся воздух в подколосниковое пространство. Процесс горения делится на три стадии: 1 .подсушка и нагрев топлива.

2.                                          термическое   разложение на летучие и твёрдый остаток - кокс.

3.                                                                                                                                      процесс            горения летучих в объёме топочного пространства и коксового остатка на колосниковой решётке.

Основной недостаток - значительные колебания температуры продуктов горения и неполная степень горения топлива.

Тонка с наклонной колосниковой решёткой.

Топливо 1 движется по колосникам 3 под действием собственного веса. Решётка состоит из отдельных колосников, располагающихся под углом 40-45° , что соответствует углу естественного откоса сжигаемого топлива. Топливо постепенно передвигается. Сначала подсушивается. Далее из него выделяются летучие, после чего сгорает коксовый остаток. В бункер 4 поступает зола и шлак, а в бункер 6 - проваленные частицы топлива, которые возвращаются на горение. Выгрузка из бункеров производится через разгрузочное устройство 5.

2- топочное пространство

7- отверстия для подачи воздуха на горение

Камерная топка циклонного (вихревого) типа.

В топочное пространство 4 тангенциально подаётся пневмотранспортом воздух в котором содержится топливо. Попадая в разогретую до температуры горения топку, частицы топлива под действием центробежных сил циркулируют по цилиндрическому сечению топочного пространства и сгорают. В отверстие 3 также тангенциально дополнительно подаётся воздух на горение, продукты сгорания отводятся через полость 5.

 

Камерная топка для факельного сжигания.

Топливная пыль вместе с воздухом (аэросмесь) 1 подаётся в пылеугольную горелку 2, туда же поступает вторичный воздух. Сгорание происходит в камере 3. зола и шлак выгружаются через челюстной затвор 5, а продукты сгорания выдаются по направлению стрелки 4.

Горелки для сжигания природного газа по характеру смесеобразования делят на:

кинетические (газ и воздух смешиваются до выхода их из горелки) диффузионно-кинетические (частичное смешивание происходит до выхода из горелки ) и

диффузионные (газ и воздух смешиваются при выходе из горелки).

По способу подачи воздуха:

диффузионные (бездутьевые) инжекционные смесительно-дутьевые По характеру сгорания: пламенные беспламенные По характеру установки фронтальные подовые

В отопительных котельных с чугунными и стальными Секционными котлами применяют все три типа горелок: диффузионные, инжекционные и смесительные. Однако из опыта эксплуатации и в результате специальных испытаний выявлено, ч то при переоборудовании чугунных Котлов на газообразное топливо наиболее целесообразно использовать следующие типы горелок:

на газе низкого давления при наличии разрежения в

Топке не менее 15 Па (1,5 мм вод. ст.) -- подовые, без

принудительной подачи воздуха, оборудованные автоматическими устройствами;

на газе среднего давления - форкамерные или инжекционные горелки ИГК с установкой в нижней части топки, также оборудованные автоматическими устройствами.

Подовая (щелевая) горелка без принудительной подачи воздуха сходна с диффузионными горелками, в которые воздух для горения газа поступает из окружающего пространства.

Диффузионные горелки. В этих горелках газ смешивается с воздухом не в горелке, а в топке вследствие взаимной диффузии газа и воздуха на границах вытекающего потока. Горелки называют еще горелками внешнего смешивания. Примером такой горелки является диффузионная подовая горелка (рис. 103), представляющая собой трубу с заглушённым торцом. По длине трубы выполнены один или

два ряда отверстий, просверленных в шахматном порядке. Диаметр (0,5-3 мм), количество отверстий 8 шт. и шаг между ними (радиус отв. 4-16 мм) зависит от производительности горелки.

Горелки отличаются простотой конструкции и обслуживания, бесшумностью в работе. Основные недостатки этой горелки связаны с регу­лированием горения и для полного полного сжигания топлива требуется высокий коэффици­ент избытка воздуха.

Подовая горелка представляет щель 4, стенки которой выполнены из огнеупорного кирпича и в нижней части которой размещается газовый коллектор 1 (радиус 32—80 мм).

Газ через отверстия в коллекторе выходит в щель горелки, равномерно распределяясь по ее длине. Воздух для горения поступает в ту же щель снизу и перемешивается с газом. В щели начинается горение газа. В процессе работы щель разогревается и обеспечивает надежную стабилизацию пламени на всех режимах работы горелки.

Подовые горелки могут работать на низком (130 или 200 мм вод. ст.) и среднем (3 000 мм вод. ст.) давлении газа, при естественной и искусственной тяге.

При достаточной площади топки для повышения равномерности теплоотдачи и уменьшения теплового напряжения щели устанавливается несколько горелок, расстояние между коллекторами которых 500 мм и более. Расстояние от горелок до боковых стен должно быть не менее 400 мм.

Ширина щели в горелке низкого и среднего давления одинакова и составляет 110 мм, номинальное давление воздуха 50 мм вод. ст.

Инжекционные горелки. В этих горелках воздух подсасывается за счет инжекции газовой струей, выходящей из сопла с большой скоростью.

Инжекционная горелка низкого давления (рис. 104, а) состоит из трубопровода подачи газа, сопла 2, смесителя, состоящего из конфузора 3, горловины 4 и диффузора 5.

На выходе из горелки устанавливается огневой насадок 6. Воздух, необходимый для сжигания топлива, подается двумя потоками. Первичный поток в количестве от 30 до 70 % необходимого для полного сжигания топлива поступает за счет инжекции газовой струей. Количество этого воздуха регулируется с помощью регулятора 7. Вторичный поток воздуха поступает в зону горения за счет разрежения в топке.

В инжекционной горелке среднего давления (рис. 104, б) за счет энергии газа подсасываются в смесь 100 % воздуха, необходимого для сжигания топлива.

На выходе из горелки устанавливается стабилизатор горения 7, который препятствует проскоку пламени в горелку и уменьшает воз­можность отрыва факела от горелки.

 

Разновидностью инжекционных горелок являются разраоотанные Укргипроинжпроектом форкамерные горелки, получившие широкое применение (рис. 105). Они бывают низкого и среднего давления и работают при номинальном давлении газа соответственно 130 мм вод. ст. (1,3 кПа) и 3 ООО мм вод. ст. (30 кПа).

Идентичные по конструкции, горелки состоят из трех частей:

заглушённой с одного конца стальной газовой трубы, вдоль которой для выхода газа в один ряд просверлены отверстия 0 3-6 мм с шагом 140 мм;

каменного моноблока с каналами-смесителями сечением 150-180 мм и высотой 250 мм;

форкамеры (туннеля) из огнеупорного кирпича высотой 170 мм. Над каждым газовым отверстием имеется свой самостоятельный канал-смеситель прямоугольного сечения. Нагреваясь до 700-800 °С, газовоздушная смесь загорается. В дальнейшем основная часть газовоздушной смеси сгорает в форкамере при 1 100—1 200 °С и небольшом коэффициенте избытка воздуха.

Аналогично сжигается и жидкое топливо, однако вместо горелки используется форсунка.(с механическим, паровым или воздушным распылением).

31

 

На рисунке а) показана схема механической форсунки с продавливанием мазута под давлением 1-2МПа через отверстие (сопло) малого диаметра.

На рисунке б) форсунка оснащена механическим завихрителем, создающим вращательное движение частиц топлива.

На рисунке в) форсунка, в которой распыление достигается паром под давлением. Мазут тоже подаётся под давлением.

 

Распыливающим агентом в форсунке низкого давления служит воздух с давлением0,03-0,1МПа.

Раздел 4. Вспомогательное оборудование котельных

агрегатов.

ТЯГО-ДУТЬЕВЫЕ УСТРОЙСТВА Для нормального протекания процесса горения и теплообмена в газоходах котла необходимо подавать в топку определенное количество воздуха и удалять из котлоагрегата в атмосферу охлажденные продукты сгорания. При движении продуктов сгорания по газоходам котла возникают сопротивления трения и местные сопротивления, вызванные изменениями направления потока, его сечения и формы. Для преодоления всех сопротивлений, имеющихся на пути газового потока, применяются тяговые устройства. Тяга, создаваемая тяговыми устройствами, может быть естественной или искусственной. Естественная тяга осуществляется с помощью дымовой трубы и основана на разности плотностей наружного воздуха и горячих газов в дымовой трубе. Схема действия естественной тяги показана на рис. 5.

32

Рис. 5. Схема действия естественной тяги В дымовой трубе ниже уровня устья её находятся газы, а с левой стороны — столб холодного воздуха, равный высоте дымовой трубы. Так как плотность холодного воздуха больше плотности газов, находящихся в трубе, то происходит перемещение дымовых газов по газоходам котла с выходом их через дымовую трубу в атмосферу. С увеличением высоты трубы и разности температур наружного воздуха и отходящих газов эффективность естественной тяги возрастает.

Дымовые трубы изготовляются из кирпича, железобетона или стальных листов. Кирпичные и железобетонные трубы делаются в виде усеченных конусов, что обеспечивает их устойчивость. Стальные трубы ставят у

котельных установок небольшой мощности

Воздухопроводы от вентилятора к горелкам круглого или прямоугольного сечения подводятся сверху, снизу или со стороны так, чтобы они не мешали персоналу обслуживать газогорелочные устройства и арматуру котла.

Воздухопроводы должны быть плотными, не иметь утечек воздуха и окрашены в голубой цвет.

На ответвлениях воздухопровода перед горелкой должна быть установлена плотная задвижка или дроссельная заслонка

 

для регулирования количества воздуха, поступающего в горелку.

Для наблюдения за давлением воздуха между горелкой и воздушной задвижкой обязательно ставится U-образиый манометр.

Тяга регулируется заслонками (шиберами), устанавливаемыми за котлом (рис. 19).

В установках средней и большой производительности сопротивление в газоходах достигает значительной величины, а температура составляет 135— 140° С. При этих условиях, дымовая труба не может создать необходимого разрежения, и следует применять искусственную тягу.

Искусственная тяга осуществляется особыми вентиляторами, называемыми дымососами. Различают дымососы прямого и непрямого действия. Дымосос непрямого действия показан на рис. 6,6. У основания трубы устанавливается дымосос 1, который засасывает холодный воздух и подает его через сопло 2, расположенное в нижней части трубы 3. В силу создавшегося в дымовой трубе разрежения происходит подсос газов из газоходов 4 в трубу, откуда потоком воздуха они выбрасываются в атмосферу.

Дымосос прямого действия (рис6,а) устанавливается между последним дымоходом и трубой; он отсасывает газы из борова и нагнетает их в дымовую трубу. Создающееся в дымоходе разрежение дает возможность топочным газам передвигаться по газоходам котла. Проход газов помимо дымососа осуществляется с помощью заслонки а.

Необходимый для горения воздух подается вентилятором, преодолевающим сопротивление воздухоподогревателя и горелок при камерном сжигании или слоя топлива при слоевом сжигании.