К вспомогательному оборудованию котельной относятся различные подогреватели, насосы, аккумуляторные баки (при открытой системе теплоснабжения), редукционные и редукционно-охладительные установки.
В основном в котельных применяются теплообменники поверхностного типа. В зависимости от расположения трубной системы теплообменники разделяются на вертикальные и горизонтальные.
Вертикальные теплообменники применяются в крупных паровых котельных для подогрева сетевой воды.
Горизонтальные теплообменники применяются для подогрева сырой и химически очищенной воды.
В качестве теплоносителя в этих теплообменниках используется пар или горячая вода.
Применяемые схемы включения деаэраторов представлены на рисунке 4.4.
В котельных с водогрейными котлами часто устанавливаются вакуумные деаэраторы. Однако они требуют при эксплуатации тщательного надзора, поэтому в ряде котельных предпочитают устанавливать деаэраторы атмосферного типа.
На рисунке 4.4, а показан деаэратор, работающий при абсолютном давлении 0,03 МПа. Вакуум в нем создается водоструйным эжектором. Подпиточная вода после химводоочистки подогревается в водо-водяном подогревателе горячей воды из прямой линии с температурой 130 - 150 о С. Температура воды после деаэратора 70 о С.
На рисунке 4.4, б
показана схема деаэрации при давлении 0,12 МПа, т.е. выше атмосферного. При этом давлении температура воды в деаэраторе 104 о С. Перед
подачей в деаэратор химически очищенная вода предварительно подогревается в водо-водяном теплообменнике.
Рисунок 4.4 - Схемы включения деаэраторов:
а - вакуумного; б - атмосферного; в - атмосферного с охладителем деаэрированной воды.
При приготовлении воды для нужд горячего водоснабжения в котельных, работающих на закрытую систему теплоснабжения, используются различные схемы присоединения к системе теплоснабжения местных теплообменников. В настоящее время применяются три схемы присоединения местных теплообменников, показанные на рисунке 4.5.
На рисунке 4.4, в показана схема деаэрации подпиточной воды, в которой после деаэрационной колонки вода поступает в охладитель деаэрированной воды, подогревая химически очищенную воду. Затем химически очищенная вода направляется в теплообменник, установленный перед деаэратором. Температура воды после охладителя деаэрированной воды около 70 о С.
Выбор схемы присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения производится в зависимости от отношения максимального расхода теплоты на горячее водоснабжение Q Г.В к максимальному расходу теплоты на отопление Q О.
Рисунок 4.5 - Схемы присоединения местных теплообменников:
а - параллельное; б - двухступенчатое последовательное; в - смешанное.
Здравствуйте, друзья! К вспомогательным устройствам котельной установки относятся механизмы для подачи воздуха и удаления продуктов сгорания, питательные насосы, устройства для подачи топлива, улавливания и удаления золы и шлака, а также система подготовки питательной воды.
Подача воздуха производится с помощью дутьевого вентилятора, а удаление дымовых газов — с помощью дымососа. Дымовая труба также создает тягу вследствие разности удельных масс находящихся в ней газов и наружного атмосферного воздуха, но естественная тяга совершенно недостаточна для работы даже небольших котлов. Для выбора дымососов нужно подсчитать гидравлические сопротивления, возникающие при движении газов в котельной установке (сопротивления трения, местные сопротивления).
Выбор вентилятора производится исходя из полного его напора H в Па и часовой производительности V в м3/ч при номинальной нагрузке котлоагрегата. Регулирование производительности вентиляторов осуществляется направляющими аппаратами (лопатками), закручивающими поток газа перед поступлением его на лопатки вентилятора, а также с помощью гидромуфт и изменения числа оборотов электродвигателя. В котлоагрегатах малой производительности без воздухоподогревателя обычно устанавливается только дымосос.
Питание котлов водой осуществляется поршневыми и центробежными насосами. Бесперебойная подача воды в котел обеспечивается автоматическими регуляторами питания.
Удаление золы при выходе ее до 100 кг/ч допускается производить вагонетками, а при большем количестве -механизированным способом. На тепловых электростанциях наибольшее распространение получил способ гидрозолоудаления, который состоит в следующем. Зола, улавливаемая в котельном агрегате, смывается струей воды и затем насосом вместе с водой удаляется за пределы электростанции. В современных мощных котельных установках применяется также жидкое шлакоудаление.
Для уменьшения загрязнения атмосферного воздуха дымовые газы очищаются в золоуловителях. Оставшаяся после золоуловителей зола и сернистый ангидрид рассеиваются на значительные расстояния с помощью высоких дымовых труб (100- 150 м), что снижает их вредное воздействие.
Для улавливания летучей золы применяются механические (жалюзи, циклоны) и мокрые (скрубберы) золоуловители и электрофильтры. Циклоны выполняются в виде вертикальных цилиндров с коническим днищем. Запыленный газ подводится к цилиндру тангенциально, благодаря чему поток приобретает винтовое движение. Частицы золы под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам и по ним опускаются в нижнюю часть циклона, а очищенный газ уходит в трубу, расположенную в верхней части по его оси. К. п. д. циклона зависит от его конструкции и размера частиц и составляет в среднем 80-90%. Его можно увеличить до 95-98% за счет уменьшения диаметра циклона, поэтому часто применяют батарейные циклоны, состоящие из большого количества циклонов малого диаметра (200-250 мм).
Мокрые центробежные скрубберы относятся к комбинированным системам золоуловителей, стенки которых облицованы керамическими плитами и орошаются водой. Дымовые газы подводятся тангенциально через горизонтальный патрубок. Частицы золы, отбрасываемые к стенке центробежной силой, вместе с водяной пленкой стекают вниз и удаляются в канализацию. Степень улавливания золы в мокрых скрубберах составляет 95-98%.
В электрофильтрах пылевые частицы получают отрицательный заряд, а затем осаждаются на положительном электроде. При периодическом отключении и встряхивании электрода частицы золы падают в зольный бункер. Степень улавливания золы в электрофильтрах достигает 98%. Электрофильтры хорошо улавливают мелкие частицы, поэтому их часто комбинируют с циклонами, в которых улавливаются в основном крупные фракции.
Для надежной работы котельного агрегата необходима предварительная подготовка питательной воды. Естественная вода содержит растворенные соли, которые в процессе нагревания воды и парообразования выпадают в виде твердой накипи или рыхлого осадка (шлама). Слой накипи ухудшает теплопередачу и вызывает чрезмерное повышение температуры стенок труб. В воде также содержатся растворенные газы, которые могут вызвать коррозию кипятильных труб котлоагрегата.
Потери конденсата, составляющие на конденсационных станциях 3-5% от выработанного пара, а на теплофикационных-до 30-40% и более, восполняются добавочной (природной) водой, требующей предварительной подготовки. Методы водоподготовки зависят от типа котельного агрегата, параметров пара и качества добавочной воды.
Вначале производят осветление воды, то есть удаляют из нее органические и минеральные взвешенные вещества. К воде добавляют различные реагенты (сернокислый алюминий и серно-кислое железо), в результате чего коллоидальные загрязнения выпадают в виде хлопьев, легко отделяемых отстаиванием или фильтрацией воды.
Затем вода подвергается умягчению, которое состоит в том, что из нее способами катионирования и осаждения удаляют накипеобразующие соли. При катионировании осветленная вода фильтруется через материалы, способные к реакциям обмена, в результате чего плохо растворимые накипеобразующие соли кальция и магния переводятся в хорошо растворимые соли натрия. При методе осаждения используются сода и известь, которые, взаимодействуя с солями кальция и магния, образуют труднорастворимые соединения, выпадающие в осадок. При таком способе умягчения воды остаточная жесткость ее относительно высока, поэтому он имеет ограниченное применение.
Для котлов высокого давления рассмотренные способы умягчения не применимы, так как в воде остаются натриевые и кремниевые соли. В этом случае применяют метод химического обессоливания или в качестве добавочной воды используют дистиллят, получаемый в специальных испарителях.
Термическое обессоливание воды в испарителях является наиболее дорогим способом, так как испарители потребляют значительное количество греющего пара.
Для удаления оставшихся в питательной воде солей жесткости применяется внутрикотловая обработка воды фосфатами, при которой соли переводятся в рыхлый осадок (шлам), удаляемый из котлоагрегата периодической продувкой.
Для предупреждения коррозии труб из питательной воды необходимо удалить кислород и другие агрессивные газы. С этой целью питательную воду нагревают до температуры кипения в специальных теплообменниках, называемых дегазаторами.Исп.литература: 1) Теплотехника, под редакцией А.П. Баскакова, Москва, Энергоиздат, 1982. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Ивановский государственный атхитектурно-строительный
университет
Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции
Котельные и их оборудование
Студентки группы ТГВ-11
Шкапуриной Алёны Александровны
Проверил: доц.кафедры ТГВ к.т.н. Казачёк Н.С.
Иваново 2009
Введение
Основные и вспомогательные элементы котельных установок
Паровые и водогрейные котлы
Изображение парового котла
Изображение водогрейного котла
Схема циркуляции воды в водогрейном котле
Введение
Котельные установки малой и средней мощности широко применяются для различных технологических процессов, теплоснабжения, систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений, объектов промышленного и сельскохозяйственного строительства, предприятий общественного питания, технологических потребителей теплоты в банях, прачечных, на строительных площадках. В сельском хозяйстве пар, вырабатываемый котлами, используется на животноводческих фермах для запаривания кормов, а также для отопления теплиц и сушки зерна. В связи с освоением малообжитых и труднодоступных районов Севера и Востока значимость котельных установок различных мощностей возрастает.
В качестве топлива для котельных установок используются угли, торф, древесные отходы, газ и мазут. Газ и мазут – эффективные источники тепловой энергии. При их применении упрощаются конструкция и компоновка котельных установок, повышающая экономичность, сокращающая затраты на эксплуатацию.
Увеличивается выпуск и улучшаются конструкции котлоагрегатов, повышается надежность и экономичность котельного оборудования, снижается металлоёмкость на единицу мощности, сокращаются сроки строительно-монтажных работ и затраты на них.
Основные и вспомогательные элементы котельных установок
Котельная установка представляет собой комплекс устройств, предназначенный для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию горячей воды или пара требуемых параметров.
В зависимости от назначения различают следующие типы котельных установок:
энергетические, вырабатывающие пар для паротурбогенераторов;
производственно-отопительные, вырабатывающие пар и нагревающие воду для удовлетворения технологических потребностей производства, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения;
отопительные, вырабатывающие теплоту для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, а также для промышленных и коммунальных предприятий;
смешанного назначения, вырабатывающие пар для снабжения одновременно паровых двигателей, технологических нужд, отопительно-вентиляционных установок и горячего водоснабжения.
Котельные установки по виду вырабатываемого теплоносителя разделяют на три основных класса: паровые котельные установки для производства водяного пара, водогрейные котельные установки для получения горячей воды и смешанные котельные установки, оборудованные паровыми и водогрейными котлами, используемыми для получения пара и горячей воды одновременно или попеременно.
Котельная установка состоит из котельного агрегата и вспомогательного оборудования.
В состав котельного агрегата входят топочное устройство, паровой котёл, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, каркас с лестницами и помостами для обслуживания, обмуровка, тепловая изоляция, обшивка, арматура, гарнитура и газоходы. К вспомогательному оборудованию относятся дутьевые вентиляторы, дымососы, питательные, подпиточные и циркуляционные наносы, водоподготовительные и пылеприготовительные установки, системы топливопередачи, золоулавливания и шлакозолоудаления. При сжигании жидкого топлива к вспомогательному оборудованию относится мазутное хозяйство, при сжигании газообразного топлива – газорегуляторный пункт или газорегуляторная установка.
Паровым котлом называется устройство, состоящее из топки, испарительных поверхностей для испарения пара, потребляемого вне этого устройства, с давлением выше атмосферного за счёт теплоты, выделяющейся при сжигании топлива. Водогрейным котлом называется теплообменное устройство, в котором за счёт источника энергии (топлива) нагревается вода, находящаяся под давлением выше атмосферного и используемая в качестве теплоносителя вне самого устройства.
Топочное устройство котлоагрегата предназначено для сжигания топлива и превращения его химической энергии в теплоту. Обмуровка котла – это система огнеупорных и теплоизоляционных ограждений или конструкций котла, предназначенных для уменьшения тепловых потерь и обеспечения газовой плотности. Несущую металлическую конструкцию, воспринимающую вес котла с учётом временных и особых нагрузок и обеспечивающую требуемое взаимное расположение элементов котла, называют каркасом.
Пароперегреватель – устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле. Он представляет собой систему змеевиков. Соединенных на входе насыщенного пара с барабаном котла и на выходе – с камерой перегретого пара.
Водяной экмайзер – устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для подогрева или частичного испарения поступающей в котёл воды.
Воздухоподогреватель – устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания топлива перед подачей его в топку котла.
Арматура – специальные устройства, предназначенные для регулирования расхода транспортируемого вещества, отключения и включения потоков газа, пара и воды. По направлению арматуру подразделяют на запорную, регулирующую, предохранительную, контрольную и специальную. Запорная арматура (вентили, задвижки и краны) предназначена для периодического включения или отключения отдельных участков трубопроводов. Регулирующая арматура (регулирующие вентили и клапаны) служит для изменения или поддержания в трубопроводах давления и расхода транспортируемого вещества. Предохранительную арматуру (грузовые, пружинные и обратные клапаны) применяют для автоматического открытия прохода, если давление превысит допустимое значение, а так же для предотвращения обратного движения жидкости или газа. Контрольную арматуру (контрольные краны, указатели уровня, трехходовые краны для манометров) используют для проверки наличия вещества в трубопроводе и определения его уровня. Специальная арматура (конденсатоотводчики и влагомаслоотделители) служит для удаления конденсата, отделения масла и других продуктов от газа.
К гарнитуре котла относятся устройства для обслуживания газотходов и топки котла: лазы, гляделки, затворы шлаковых и золовых бункеров, газовые и воздушные клапаны и заслонки, взрывные клапаны, а так же обдувочные аппараты. Лазы предназначены для осмотра и ремонта поверхностей нагрева, гляделки – для визуального осмотра топки и газоходов с наружной стороны котла, затворы шлаковых и золовых бункеров – для периодического удаления золы и шлака из бункеров, газовые и воздушные клапаны и заслонки – для отключения газотходов, регулирования тяги и дутья. Взрывные клапаны выпускают дымовые газы при повышении давления в топке или газоходе котла, предохраняя их от разрушения. Обдувочные аппараты применяют для удаления с поверхностей нагрева золы и шлака (струей пара или сжатого воздуха).
Питательные и подпиточные устройства (насосы, баки, трубопроводы) предназначены для подачи воды в котел или тепловую сеть (систему отпления)
Тягодутьевые устройства предназначены для подвода в топку котла воздуха, необходимого для сгорания топлива, и отвода из котла продуктов сгорания. Состоят они из дутьевых вентиляторов, воздуховодов, газоводов, дымососов и дымовой трубы, при помощи которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку, движение продуктов сгорания по газоходам и удаление их в атмосферу.
Водоподготовительные устройства служат для подогрева и умягчения питательной воды и состоят из аппаратов и приспособлений, обеспечивающих очистку от механических примесей и растворенных в ней накипеобразующих солей, а также для удаления из неё газов.
Топливоподготовительное устройство в котельных, работующих на пылевидном топливе, предназначено для измельчения топлива до пылевидного состояния; его оборудуют дробилками, сушилками, мельницами, питателями, вентиляторами, транспортерами и пылегазопроводами.
Устройство для удаления золы и шлака состоит из гидравлических систем и механических приспособлений: транспортеров, вагонеток и др.
Топливный склад предназначен для хранения топлива; его оборудуют механизмами для разгрузки и подачи топлива в котельную или в топливоподготовительное устройство.
К устройствам топлвого контроля и автоматического управления относятся контрольно-измерительные приборы и автоматы, обеспечивающие бесперебойную и согласованную работу отдельных устройств котельной установки для выработки необходимого количества пара заданных параметром (температуры, давления)
При сжигании пылевидного топлива применяют пылеугольные горелки, газообразного топлива – газовые горелки, топочного мазута – мазутные форсунки, газообразного топлива и топочного мазута – комбинированные газомазутные горелки.
Насосы
Питательные насосы. Питание котлов водой должно быть надёжным. При снижении уровня воды ниже допустимых пределов кипятильные трубы могут оголиться и перегреться, что в свою очередь может привести к взрыву котла. Котлы с давлением выше 0,07 МПа с паропроизводительностью 2 т/ч и выше должны иметь автоматические регуляторы питания.
Для питания котлов устанавливают не менее двух насосов, из которых один должен быть с электроприводом, а другой – с паровым приводом. Производительность одного насоса с электроприводом должна составлять не менее 110 % номинальной производительности всех рабочих котлов. При установке нескольких насосов с электроприводами их общая производительность должна составлять также не менее 110 %.
Производительность насосов с паровым приводом должна быть не менее 50 % номинальной производительности котлов. Можно устанавливать все питательные насосы только с паровым приводом, а при двух или нескольких источниках питания электроэнергией – только с электрическим приводом. Насосы с паровым приводом потребляют от 3 до 5 % вырабатываемого пара, поэтому их используют как резервные.
Выхлопной пар поршневого прямодействующего насоса удаляется в атмосферу. Если этим паром подогревают воду в особом теплообменнике, то конденсат выбрасывают. В котёл его возвращать нельзя, так как он загрязнён маслом, а плёнка масла на трубках ухудшает теплопередачу. В крупных установках используют паротурбонасосы, конденсат их выходного пара маслом не загрязнён, поэтому его можно направлять в котёл. Инжекторы для питания котлов в отопительно-производственных котельных непригодны, так как они плохо засасывают горячую воду.
Сетевой насос системы отопления и вентиляции. Этот насос служит для циркуляции воды в тепловой сети. Его выбирают по расходу сетевой воды из расчёта тепловой схемы. Сетевые насосы устанавливаются на обратной линии тепловой сети, где температура сетевой воды не превышает 70 о С.
Подпиточный насос. Предназначены для восполнения утечки воды из системы теплоснабжения, количество воды необходимое для покрытия утечек определяется в расчёте тепловой схемы. Производительность подпиточных насосов выбирается равной удвоенной величине полученного количества воды для восполнения возможной аварийной подпитки.
Необходимый напор подпиточных насосов определяется давлением воды в обратной магистрали и сопротивлением трубопроводов и арматуры на линии подпитки, число подпиточных насосов должно быть не менее 2-х, один из которых резервный.
Циркуляционный насос ГВС. Служит для подачи требуемого расхода и обеспечения требуемого напора горячей воды у потребителя. Его выбирают по расходу горячей воды и необходимому напору.
Насос сырой воды. Служит дляобеспечения требуемого напора сырой воды перед ХВО и подачи хим. очищенной воды в деаэратор, а также подачи сырой воды в бак горячей воды.
Паровые и водогрейные котлы
По конструктивному устройству котлы делятся на две группы: с естественной и принудительной циркуляцией. К первой группе относятся жаротрубные, локомобильные, вертикальные цилиндрические, вертикально- и горизонтально-водотрубные котлы. Ко второй группе относятся котлы прямоточные и специальных конструкций.
Важнейшие эксплуатационные показатели работы паровых котлов – паропроизводительность и тепловое напряжение поверхности нагрева, водогрейных котлов – теплопроизводительность и тепловое напряжение поверхности нагрева.
Паропроизводительностью котла называется отношение массы пара, вырабатываемое котлом, к интервалу его работы. Определяется она в килограммах в час или в тоннах в час. Часть барабана котла, заполненная водой, называется водяным объемом , а пространство над водой – паровым объемом . Поверхность, разграничивающая объем горячей воды и пара, называется зеркалом испарения . Поверхность, которая с одной стороны омывается газообразными продуктами сгорания, а с другой стороны водой, называется поверхностью нагрева котла . Отношение паропроизводительности к поверхности нагрева называется напряжением поверхности нагрева .
Поверхность нагрева, воспринимающая теплоту радиацией (излучением) от раскаленного слоя топлива в топке, называется радиационной поверхностью нагрева . Поверхность нагрева остальных частей котла, воспринимающая теплоту продуктов сгорания путем соприкосновения с ними, называется конвективной .
Горячими газами омывается только та часть котла, которая с внутренней стороны охлаждается водой. Нельзя допускать обогрев продуктами сгорания парового объема барабана котла, так как это приводит к перегреву металла его стенок и образования на них отдулин. Линия, отделяющая обогреваемую газами поверхность от необогреваемой, называется огневой линией .
Низший уровень воды, при котором нет ещё опасности обнаружения стенок барабана котла, называется наинизшим допустимым уровнем воды . Он должен быть на 100 мм выше обогреваемых газообразными продуктами сгорания стенок барабана котла. Чтобы образующийся пар не уносил с собой значительное количество влаги, уровень воды не должен превышать некоторый предел, называемый верхним уровнем воды . Наинизший допустимый уровень воды должен быть не менее чем на 25 мм выше нижней видимой кромки стекла водоуказательного прибора, а наивысший допустимый уровень – не меньше чем на 25 мм ниже верхней видимой кромки стекла прибора. Объем воды, заключенный между нижним и верхним уровнями воды, называется питательным объемом . Питательный объем определяет то количество воды, которое может быть превращено в пар без подпитки котла водой.
Теплопроизводительностью (тепловой мощностью) водогрейного котла называют величину, равную отношению количества теплоты, воспринимаемой водой в водогрейном котле, к продолжительности его работы.
Для водогрейных котлов делят теплопроизводительность на площадь поверхности нагрева котла и получают тепловое напряжение нагрева.
Пароводяная смесь, образующася в кипятильных трубах водотрубных котлов, поступает в верхний барабан, в котором пар отделяется от жидкости, а жидкость по опускным трубам поступает через коллектор вновь для нагрева в кипятильных трубах. Система кипятильных (обогреваемых) труб, барабан, опускные трубы и коллекторы для распределения котловой воды называется циркуляционным контуром котла.
Для надежной работы котла большое значение имеет организация движения воды в циркуляционном контуре, которое называется циркуляцией . Циркуляция может быть естественной и принудительной естественная циркуляция происходит под действием сил, обусловленных разностью плотностей воды на необогреваемых участках (опускных трубах) и пароводяной смеси на подогреваемых участках (кипятильных, экранных трубах). Расход воды через любой циркуляционный контур значительно превышает количество образующего в нем пара. Отношение количества воды, вошедшей в контур, к количеству образующегося в нем пара, называется кратностью циркуляции. В котлах с принудительной циркуляцией движение воды по испарительному контуру осуществляется специальными насосами.
Список используемой литературы
1) Онищенко Н.П. О-58 Эксплуатация котельных установок. - М.: Агропромиздат, 1987,- 352с.: ил.
2) Зыков А.К. З-96 Паровые и водогрейные котлы: Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – (Б-ка тепломонтажника).128 с.: ил.
3) Вергазов В.С. В-31 Спутник машиниста отопительных котельных. – 3-е изд., доп. и перераб. – М.: Стройиздат, 1980. – 248 с.:ил.
Сепарационные устройства. Влажный насыщенный пар, получаемый в барабане котлоагрегатов низкого и среднего давлений, может уносить с собой капли котловой воды, содержащей растворенные в ней соли. В котлоагрегатах высокого и сверхвысокого давлений загрязнение пара обусловливается еще и дополнительным уносом солей кремниевой кислоты и соединений натрия, которые растворяются в паре.
Примеси, уносимые с паром, откладываются в пароперегревателе, что крайне нежелательно, так как может привести к пережогу труб пароперегревателя. Поэтому пар перед выходом из барабана котла подвергается сепарации, в процессе которой капли котловой воды отделяются и остаются в барабане. Сепарация пара осуществляется в специальных сепарирующих устройствах, в которых создаются условия для естественного или механического разделения воды и пара.
Естественная сепарация происходит вследствие большой разности плотностей воды и пара. Механический инерционный принцип сепарации основан на различии инерционных свойств водяных капель и пара при резком увеличении скорости и одновременном изменении направления или закручивания потока влажного пара.
На рис. 19.22 показаны принципиальные схемы сепарирующих устройств. На рис. 19.22,а показан принцип естественной сепарации. Гашение большой скорости потока пароводяной смеси, вытекающей из подводящих экранных труб, происходит в объеме воды, которая находится в барабане. Скорость пара в барабане над уровнем воды незначительна (0,3 - 0,5 м/с), что способствует сепарации капель воды и пара.
В схеме, показанной на рис. 19.22,б, пароводяная смесь направляется на сплошной отбойный щит. Вода стекает по листу, а пар поступает в паровое пространство и, проходя через пароприемный дырчатый лист, выводится из барабана. В этой схеме механическая сепарация сочетается с естественной в паровом объеме барабана.
Внутри барабанный циклон, показанный на рис. 19.22,г, служит для интенсивного закручивания потока пароводяной смеси. Под действием центробежных сил вода отбрасывается на стенку сепаратора и в виде пленки стекает в водяной объем.
Циклонный принцип сепарации отличается высокой эффективностью. При большой нагрузке парового объема барабана применяют выносные циклоны , к которым подключается часть труб испарительной поверхности котлоагрегата.
Рис. 19.22. Схемы сепарационных устройств.
а - погружной дырчатый щит: 1 - дырчатый щит; 2 - пароприемный дырчатый щит; б - отбойные и распределительные щиты; 1 - отбойный щит; 2 - пароприемный дырчатый щит; в - жалюзийный сепаратор; 1 - отбойный щит; 2 - жалюзийный сепаратор; 3 - пароприемный дырчатый щит; г - циклонный сепаратор; 1 - циклон; 2 - пароприемный дырчатый щит.
Рис. 19.23. Схема промывки пара питательной водой.
1 - щит с промывочными корытами; 2 - жалюзийный сепаратор; 3 - пароприемный щит; 4 - место отвода пара; 5 - место подвода питательной воды (5а - на промывку; 5б - под уровень); 6 - место подвода пароводяной смеси из испарительных труб; 7 - опускные трубы; 8 - дырчатый щит.
Выносные циклоны размещаются вне котлоагрегата (см. рис. 19.18).
Высокая степень очистки пара достигается при пленочной сепарации. Принцип пленочной сепарации основан на образовании устойчивой пленки при слиянии мельчайших капель воды в момент соприкасания потока влажного пара с каким - либо препятствием (вертикальная или горизонтальная плоскости и т.п.). Схема пленочного жалюзийного сепаратора, показанного на рис. 19.22,в, дает представление о методе пленочной сепарации. На стенках волнистых каналов образуется пленка воды, через потолочный дырчатый лист которая стекает вниз, а пар направляется к выходу из барабана.
Рассмотренные схемы методов получения чистого пара обеспечивают степень сухости х = 0,98 - 0,99. Для более тонкой очистки пара от примесей его очищают питательной водой. Схема промывки пара показана на рис. 19.23.
Перед промывкой пар проходит естественную сепарацию в паровом объеме, а затем барботирует через слой питательной воды, в которой содержится очень мало солей. В результате интенсивного массообмена соли задерживаются питательной водой. Унос капель питательной воды не представляет уже большой опасности для работы пароперегревателя.
Вспомогательное оборудование котельной установки - тягодутьевые устройства . Для нормальной работы котельного агрегата необходимы непрерывная подача воздуха для горения топлива и непрерывное удаление продуктов сгорания.
В современных котельных установках широко распространена схема с разрежением по газоходам. К недостаткам этой схемы следует отнести наличие присосов воздуха в газоходы через неплотности в ограждениях и работу дымососов на запыленных газах. Достоинство такой схемы - отсутствие выбивания и утечек дымовых газов в помещение котельной, так как воздух в топку нагнетает вентилятор, а дымовые газы удаляет дымосос. В последнее время в мощных энергетических котельных установках широко применяется схема с наддувом. Топка и весь газовый тракт находятся под давлением 3 - 5 кПа. Давление создается мощными вентиляторами ; дымосос отсутствует. Основной недостаток этой схемы - трудности, связанные с обеспечением надлежащей герметичности топки и газоходов котельного агрегата.
При движении газов по газоходам возникают потери напора вследствие аэродинамического сопротивления трению и местных сопротивлений (трубные пучки, сужения, повороты и т. д.). Суммарная потеря напора на отдельном участке складывается из потери на трение ∆h тр и потери на преодоление местного сопротивления ∆ h мест, т. е.
здесь λ - коэффициент трения; l,d экв - длина и эквивалентный диаметр участка; р - плотность газа; w - скорость газа; § м - коэффициент местного сопротивления.
При движении газов в вертикальных газоходах необходимо учитывать естественный напор, возникающий вследствие разности плотностей горячих дымовых газов и окружающего воздуха. Этот напор, называемый самотягой (∆h сам), в подъемных газоходах направлен на преодоление сопротивлений, а в опускных препятствует движению и является отрицательной величиной.
В целом для котельной установки потери напора составляют
∆Н = ∆h т + ∑∆h тр + ∑∆h мест + ∆h сам (19.25)
где ∆h т - разрежение, поддерживаемое в верхней части топки (20 - 40 Па).
Величину ∆Н определяют по нормам аэродинамического расчета котельных агрегатов. Преодоление ∆Н осуществляется тягой, которая может быть естественной и искусственной. Естественная тяга создается дымовыми трубами, а искусственная - с помощью специальных центробежных вентиляторов (дымососов). Для мощных котлоагрегатов используют дымососы осевого типа. Естественная тяга обусловливается разностью плотностей горячих дымовых газов и холодного окружающего воздуха. Высота столбов горячих газов и холодного воздуха при этом принимается одинаковой (рис. 19.24).
Рис. 19.24. К расчету естественной таги, создаваемой дымовой грубой.
Максимальная тяга, создаваемая трубой, должна быть на 20% выше суммарной потери напора. Дымовые трубы бывают кирпичными, железобетонными и стальными. При высоте до 80 м наибольшее распространение получили кирпичные трубы, так как они дешевле, устойчивее по отношению к температурным колебаниям (по сравнению с бетонными) и не подвержены вредному влиянию сернистых газов, как стальные.
Высота трубы должна отвечать санитарно - техническим требованиям, которыми предусматривается определенный радиус рассеяния дымовых газов во избежание превышения допустимой запыленности ими атмосферы.
Для получения тяги необходимо увеличивать высоту трубы или температуру уходящих газов. Однако при использовании любого из этих способов необходимо иметь в виду, что высота трубы ограничена ее стоимостью и прочностью, а температура газов - оптимальным значением КПД котельной установки. Поэтому большинство современных котельных установок оборудуют искусственной тягой, для создания которой применяют дымосос, преодолевающий сопротивление газового тракта. В этом случае высоту трубы выбирают в соответствии с санитарно - техническими требованиями.
Мощность привода дымососа, кВт, можно рассчитать по формуле
где V д - производительность дымососа,м 3 /с; Н д - (∆Н - ∆h caм) β 2 - разрежение, создаваемое дымососом, Па (здесь ∆Н - сопротивление газового тракта, Па; ∆h сам - самотяга дымовой трубы, Па); β 2 = 1,1 ÷ 1,2 - коэффициент запаса по создаваемому разрежению; β 3 - коэффициент запаса по мощности, равный 1,1; ȵ д - КПД дымососа.
Величина V д определяется по равенству
V д - V r В р Т д.тр β 1 /273, (19.27)
где Vr - расход газов, м 3 /м 3 ; В р - расход топлива, м 3 /с (кг/с); Т д.тр - температура газов на входе в дымовую трубу, К; β 1 - 1,05 ÷ 1,1 - коэффициент запаса по производительности.
Напор воздуха, создаваемый вентилятором, также следует определять на основании аэродинамического расчета воздушного тракта (воздуховодов, воздухоподогревателя, горелочного устройства и т.д.).
Максимальный напор вентилятора должен быть на 10% больше β2 = 1,1) потерь напора в воздушном тракте котельного агрегата. Мощность привода дутьевого вентилятора , кВт, определяют по формуле
N в = V вз Н в β 3 10 -3 /ȵ в (19.28)
где V вз - расход воздуха, м 3 /с; Н в = ∆Нβ 2 - напор вентилятора, Па (здесь ∆ Н - потеря напора в воздушном тракте, Па; β 2 = 1,1 - коэффициент запаса по создаваемому напору); β 3 = 1,1 - коэффициент запаса по мощности.
Величина V вз определяется по равенству
где β 1 = 1,05 - коэффициент запаса по производительности; V 0 - теоретическое количество воздуха, м 3 /м 3 (м 3 /кг); α т + α а = α вз - коэффициент избытка воздуха; Т вз - температура воздуха перед вентилятором; Н баром - барометрическое давление, кПа.
Вспомогательное оборудование котельной установки - основы водоподготовки . Одной из основных задач безопасной эксплуатации котельных установок является организация рационального водного режима, при котором не образуется накипь, на стенках испарительных поверхностей нагрева, отсутствует их коррозия и обеспечивается высокое качество вырабатываемого пара. Пар, вырабатываемый в котельной установке, возвращается от потребителя в конденсированном состоянии; при этом количество возвращаемого конденсата обычно бывает меньше, чем количество выработанного пара.
В производственных котельных основная безвозвратная потеря - это загрязненный конденсат пара, потребляемого в технологических процессах. Очистка этого конденсата от попавших в него примесей органических и минеральных веществ экономически невыгодна. Величина этой потери зависит от характера производства, где используется пар. Например, потеря конденсата на предприятиях машиностроительной промышленности составляет 20%, промышленности строительных материалов - 30, химической - 40, нефтеперерабатывающей - 50%. В отопительных котельных доля конденсата, не возвращаемого потребителем тепла, может меняться в широких пределах - от нескольких процентов до 100% в зависимости от схемы теплоснабжения и характера теплового потребления. Другая часть потери конденсата утечки в теплотрассах (0,5 - 1%). Кроме того, определенная часть воды (5 - 7%) выводится из котлоагрегата при непрерывной продувке.
Потери конденсата и воды при продувке восполняются за счет добавки воды из какого - либо источника. Эта вода должна быть соответствующим образом подготовлена до поступления в котельный агрегат. Вода, прошедшая предварительную подготовку, называется добавочной, смесь возвращаемого конденсата и добавочной воды - питательной, а вода, которая циркулирует в контуре котла, - котловой.
От качества питательной воды зависит нормальная работа котельных агрегатов. Физико - химические свойства воды характеризуют следующие показатели: прозрачность, содержание взвешенных веществ, сухой остаток, солесодержание, окисляемость, жесткость, щелочность, концентрация растворенных газов (СО 2 и О 2).
Прозрачность характеризуется наличием взвешенных механических и коллоидных примесей, а содержание взвешенных веществ определяет степень загрязнения воды твердыми нерастворимыми примесями. Содержание взвешенных веществ измеряется в мг/л. Сухой остаток является одним из основных показателей, по которому судят о пригодности воды для питания котельных агрегатов. Сухой остаток - это остаток после выпаривания лабораторной пробы воды, высушенный при 110 - 120 °С. Он содержит коллоидные и растворенные неорганические и органические примеси в воде. Единица измерения сухого остатка - мг/кг.
Солесодержание воды характеризуется общей концентрацией в воде катионов (Na+; К+; Mg 2 +) и анионов (НСО 3 ; SO 2 4 ; Cl; SiO 2 3). Солесодержание определяет степень минерализации воды в мг/л. Окисляемость характеризует концентрацию находящихся в воде органических примесей. Подсчитывают окисляемость по количеству кислорода (мг/л), необходимого для окисления (при определенных условиях) органических примесей, содержащихся в 1 кг воды. Жесткость воды - весьма важный показатель ее качества. Она характеризуется содержанием в ней ионов кальция и магния (Са 2 +; Mg 2 +). Различают жесткость общую Ж 0 , карбонатную Ж к и некарбонатную Ж нк. Общая жесткость Ж 0 характеризуется суммарной концентрацией ионов Са и Mg, т.е. Ж 0 = ЖCа + ЖMg. Карбонатная жесткость Ж к обусловлена присутствием бикарбонатов Са(НСО 3) 2 и Mg(HCO 3) 2 . Карбонатная жесткость - временная, так как при кипячении бикарбонаты разлагаются с выделением СO 2 и твердых осадков СаСO 3 и Mg(OH) 2 (шламов). Некарбонатная жесткость обусловлена наличием в воде всех остальных солей кальция и магния (CaSO 4 ; MgSO 4 ; СаСl 2; MgCl 2 и др). Некарбонатная жесткость Ж нк иногда называется постоянной, так как простым кипячением разложить указанные соли не удается в силу их свойств. Следовательно, Ж 0 = Ж к + Ж нк.Обычно Ж нк определяют как разность Ж нк = Ж о - Ж к.
Жесткость воды принято измерять в мг-экв/кг или мкг-экв/кг (1 мг-экв = 103 мкг/экв). По величине общей жесткости природную воду делят на три группы: мягкую с Ж 0 < 4 мг-экв/кг; средней жесткости с Ж 0 = 4 ÷ 7 мг-экв/кг и жесткую с Ж 0 > 7 мг-экв/кг. Например, для котлов ДКВр при давлении до 2,4 МПа допускают общую жесткость воды не более 0,02 мг-экв/кг.
Щелочность воды характеризуется содержанием бикарбонатных НСO 3 , карбонатных СО з и гидроксильных ОН - ионов. Величина щелочности измеряется в мг-экв/кг. В природных водах щелочность обусловлена в основном наличием бикарбонатных ионов.
При работе котельного агрегата происходит непрерывное накопление вредных примесей в котловой воде вследствие ее упаривания и притока солей с питательной водой. В паре, выходящем из котла, примесей, как правило, нет (исключение составляют соли кремния в паре при высоких давлениях).
Миллиграмм - эквивалентом называется количество вещества в миллиграммах, численно равное его эквивалентной массе, представляющей собой частное от деления молекулярной массы вещества на его валентность в данном соединении.
Примеси остаются в котловой воде и вызывают нежелательные последствия, если не принять соответствующих мер по предварительной обработке добавочной воды.
Наиболее вредными примесями являются накипеобразователи - соли кальция и магния, характеризующие некарбонатную жесткость, а также коррозионно-активные растворенные газы O 2 и СO 2 . Накипью называется механически прочный слой отложений накипеобразователей на внутренних стенках поверхностей нагрева.
Попадание механических примесей и солей карбонатной жесткости в котельный агрегат нежелательно из - за образования в испарительном контуре так называемых шламов - рыхлых соединений, которые необходимо периодически удалять. Отложение накипи и шлама отрицательно сказывается на работе котлоагрегата. Теплопроводность накипи и шлама незначительна по сравнению с теплопроводностью металлических стенок. Поэтому накипь и шлам увеличивают термическое сопротивление процессу теплопередачи от газов к воде, что приводит в ряде случаев к недопустимому повышению температуры стенок труб и снижению их механической прочности. Увеличение термического сопротивления повышает также расход топлива, что снижает экономичность работы котлоагрегата.
Растворенные в воде газы (О 2 и СО 2) при высоких температурах обладают высокой коррозионной активностью. Коррозия металла стенок труб приводит к уменьшению их толщины и, следовательно, механической прочности.
Щелочность воды несколько снижает интенсивность коррозионных процессов, но с увеличением щелочности наблюдается вспенивание воды в барабанах и возможен унос пены с паром.
Присутствие в воде органических соединений также нежелательно. Высокая окисляемость воды затрудняет ее обработку и удаление минеральных солей, повышает пенообразование. Следовательно, к качеству питательной воды предъявляются определенные требования, которые зависят от типа котельного агрегата (барабанный, прямоточный, водогрейный) и давления вырабатываемого пара.
Существуют два способа обработки воды - докотловая и внутри котловая. Докотловая обработка воды предусматривает комплекс мероприятий, обеспечивающих установленные нормы качества питательной воды. Для поддержания требуемого качества котловой воды в установленных пределах одной докотловой обработки бывает иногда недостаточно (например, для питания барабанных котлоагрегатов высокого и сверхвысокого давлений) из - за несовершенства применяемых методов и аппаратов. В этом случае дополнительно применяется внутри котловая обработка воды, при которой в барабан котлоагрегата вводят химические реагенты (фосфаты). Фосфаты вступают в химические реакции с солями, содержащимися в котловой воде, и образуют малорастворимые рыхлые соединения, которые выводятся из котлоагрегата.
Для прямоточных котлоагрегатов применяют только докотловую обработку добавочной воды. Несмотря на предварительную подготовку питательной воды, для поддержания допустимой по нормам концентрации солей в котловой воде и предотвращения отложений шлама котел продувают, т.е. удаляют из него часть котловой воды. При этом различают периодическую и непрерывную продувку паровых котлов. Периодическая продувка служит преимущественно для удаления шлама из контура котлоагрегата. Непрерывная продувка применяется главным образом для удаления растворенных в воде примесей и получения более чистого пара. Количество продувочной воды, выводимой из котлоагрегата, обычно определяют (или задают) в процентах к производительности агрегата (не более 5 - 6%).
Непрерывная продувка осуществляется из барабана котла (в двухбарабанных котлах - из верхнего) на уровне ввода пароводяной смеси, где солесодержание обычно бывает максимальным. Периодическая продувка производится из нижних коллекторов котла, где скапливается шлам. В двухбарабанных котлах периодическая продувка осуществляется также из нижнего барабана.
Докотловая подготовка воды должна обеспечивать ее осветление (удаление взвешенных частиц), умягчение, снижение щелочности и солесодержания, а также удаление растворенных газов (О 2 и СО 2). Крупные взвешенные вещества удаляют отстаиванием, мелкие - фильтрацией. Для фильтров используют песок, дробленую мраморную крошку, антрацит. Для удаления коллоидных и органических веществ воду перед фильтрованием обрабатывают коагулянтом, т.е. веществом, которое способствует укрупнению взвешенных веществ (соли железа FeSО 4 и FeCl 2 или сернокислый алюминий A 12 (SО 4) 3 . При использовании городской водопроводной воды операции осветления и коагуляции отпадают.
Умягчают воду, т.е. снижают ее жесткость, путем удаления из воды катионов Са 2 + и Mg 2 + еще до поступления ее в котел (докотловая обработка воды). Умягчение осуществляют термическим или химическим методами. Термический метод основан на разложении бикарбонатов кальция и магния при нагревании до 360 - 375 К. Образующиеся при этом труднорастворимые вещества (CaCО 3 , Mg(OH) 2)выпадают в осадок.
В настоящее время основной метод умягчения воды - метод катионного обмена. Сущность его заключается в том, что добавляемую воду пропускают через специальные аппараты - катионитовые фильтры, заполненные материалами, которые участвуют в катионном обмене с солями жесткости. В этих материалах присутствуют катионы натрия (Na+), аммония (NH+), водорода (Н+). Катионы солей жесткости замещают катионы в материале фильтра. Таким образом, катионы, входящие в состав соединений материала фильтра, поступают в обрабатываемую воду, а катионы солей жесткости задерживаются этим материалом. Катионы, перешедшие в воду, уже не являются накипеобразователями.
В качестве катионитовых материалов в производственно - отопительных котельных используют сульфоуголь (каменный и бурый, обработанный концентрированной серной кислотой), который насыщается катионами Na+, NH 4 + или Н+.
Рис. 19.25. Схема водоподготовительной установки.
1 - солерастворитель; 2, 3 - катионитовые фильтры; 4 - теплообменник: 5 - дырчатые листы (тарелки); 6 - деаэратор; 7 - питательный насос; трубопроводы; I - Добавочной сырой воды; II -умягченной воды; III - удаления парогазовой смеси; IV - возвращаемого конденсата; V - пара; VI - питательной воды; VII - слива в дренаж.
В зависимости от качества исходной и питательной воды применяют - различные методы катионирования: натрий-катионирование (Na-катионирование), аммоний - катионирование (NH 4 -катионирование), водород - катионирование (Н-катионирование). Используют также и комбинированные методы, которые осуществляются по трем схемам - последовательной, параллельной, совместной.
В отопительно - производственных котельных широко применяется схема совместного Na - NН 4 -катионирования. С течением времени катионит насыщается катионами кальция и магния и его активность снижается. Для восстановления утраченных обменных свойств катионит подвергают регенерации, обрабатывая его слабым раствором H 2 SO 4 , NaCl или NH 4 C 1 (в зависимости от вида обменного иона). Подробно методы умягчения воды, описание и расчет различных схем изложены в специальной литературе.
Растворенные в воде кислород, двуокись углерода и воздух вызывают коррозию стенок котла, поэтому газы удаляют из воды путем ее дегазации. Из всех известных способов дегазации воды наиболее распространен термический. Этот способ основан на свойстве газов O 2 и СO 2 снижать степень растворимости по мере повышения температуры воды вплоть до кипения, когда при нулевых парциальных давлениях O 2 и СO 2 их растворимость падает до нуля.
На рис. 19.25 показана принципиальная схема водоподготовительной установки (катионитовое умягчение и дегазация).
Добавочная вода из водопровода поступает в Na-катионитовый фильтр, где задерживается большая часть солей, характеризующих жесткость воды. В схеме имеются два катионитовых фильтра. Один фильтр, например 2, находится в работе, а в другом 3 проходит регенерация катионита. Слабый раствор NaCl (6 -10%-ный) подается в фильтр 3 из солерастворителя 1. Умягченная вода подается в деаэратор (дегазатор), где из нее удаляются растворенные газы.
Перед деаэратором воду подогревают горячей водой или паром в теплообменнике, с целью экономии расхода пара на деаэрацию. В верхнюю часть (головку) деаэратора подают очищенную воду и конденсат, возвращаемый в котельную. Проходя через дырчатые листы, вода разбивается на мелкие струи для увеличения площади поверхности контакта с паром, который подается вниз головки. Вода нагревается до кипения, растворенные газы при этом из нее удаляются через патрубок, установленный в верхней части головки. В деаэраторах атмосферного типа поддерживается давление 0,115 - 0,12 МПа, что соответствует температуре насыщения 376 - 377 К.
Подобного типа деаэраторы применяют в котельных низкого и среднего давлений. Они обеспечивают полное удаление кислорода и резко снижают содержание СО 2 в питательной воде. На тепловых станциях с котлами высокого давления используют деаэраторы повышенного давления (0,6 МПа).
Число и производительность деаэратора (по воде) в отопительно - производственных котельных определяют по количеству питательной воды и количеству воды для подпитки тепловых сетей. Запас воды в баках деаэраторов должен быть на 20 - 30 мин при максимальном ее расходе. Запас воды в баках деаэраторов на ТЭЦ должен быть не менее чем на 15 мин работы при максимальном расходе.
В водогрейных котельных применяют деаэраторы вакуумного типа, в которых поддерживается разрежение 0,02 - 0,03 МПа, что соответствует температуре кипения 330 - 340 К. Нагрев воды в них осуществляется от сети горячего водоснабжения.
Нарушение в бесперебойном обеспечении котельного агрегата питательной водой может привести к серьезным авариям. Воду в котельный агрегат подает питательный насос. Каждая котельная установка в соответствии с правилами Госгортехнадзора должна иметь два насоса - основной, или рабочий, и резервный. В качестве основного насоса устанавливают обычно многоступенчатый центробежный насос с электрическим приводом. Резервным служит поршневой насос с приводом от паровой машины. На крупных ТЭЦ в качестве резервных применяют центробежные насосы с приводом от небольшой паровой турбины (турбонасосы).
Подача каждого насоса должна быть не менее 110% номинальной производительности котельной, а напор, создаваемый питательным насосом, должен превышать давление в барабане котла на величину суммарного гидравлического сопротивления питательной линии (включая экономайзер). Напор определяют по формуле
Н = р к.а + Н сопр (19.30)
где р к.а - давление в барабане котлоагрегата; Н сопр - потеря напора в питательной линии (обычно Н сопр = 0,З ÷ 0,4 МПа).
Мощность привода питательного насоса N, кВт, находят по выражению
N = 1,1 D ном Н10 -3 /ȵ н (19.31)
где 1,1 - коэффициент запаса; D ном - номинальная производительность котельной, м 3 /с; Н - полный напор насоса, Па; ȵ н - КПД насоса; для центробежных насосов ȵ н = 0,5 ÷ 0,7 (в зависимости от производительности).
Вспомогательное оборудование котельной установки - топливоподача . Для нормальной и бесперебойной работы котельных установок требуется, чтобы топливо к ним подавалось непрерывно. Процесс подачи топлива складывается из двух основных этапов: 1) подача топлива от места его добычи на склады, расположенные вблизи котельной; 2) подача топлива со складов непосредственно в котельные помещения. Первый этап осуществляется с помощью железнодорожного или водного транспорта или автосамосвалами; на втором этапе для перемещения топлива используют узкоколейные вагонетки вместимостью до 1,5 м 3 , ленточные конвейеры, автопогрузчики, фуникулеры, тельферы и другие устройства, механизирующие этот процесс.
Склады для твердого топлива, как правило, устраивают открытыми и вместимость их рассчитана обычно не более чем на двухмесячный запас. Топливо на этих складах хранят в виде штабелей. Во избежание самовозгорания высота штабеля торфа не должна превышать 1,5 м. Размеры штабелей других видов твердого топлива не нормируют.
Хранилища для жидкого топлива представляют собой стальные (наземные) и бетонные (подземные) резервуары объемом 100 м и более. Расположены они вне котельных. Предпочтительнее использовать бетонные хранилища. Мазут на склады доставляют в железнодорожных цистернах. С помощью пара, подаваемого специальными шлангами, мазут в цистернах подогревают до 340 - 350 К и сливают в лоток, дно которого также обогревается паропроводами. По лотку мазут поступает в хранилища, которые соединяются с насосной станцией, оборудованной фильтрами, и подогревателями мазута. Схема мазутного хозяйства котельной приведена на рис. 19.26.
Газообразное топливо подают в котельные по газопроводам. В зависимости от давления газа трубопроводы могут быть низкого давления (до 0,5 кПа), среднего (от 0,5 кПа до 0,3 МПа) и высокого (более 0,3 МПа). На рис. 19.27 приведена схема газорегулирующего пункта для подачи газа к горелкам котлоагрегатов.
После ввода газопровода в котельную на нем устанавливают отключающую задвижку газовой сети, манометр 2 и отключающую задвижку 1 газовой сети котельной. Затем устанавливают фильтр 3, предохранительный клапан 4 и регулятор давления 5, поддерживающий давление газа перед горелками на требуемом уровне. В исключительных случаях можно отбирать газ помимо регулятора. При непредвиденном повышении давления газа перед горелками сверх установленного значения срабатывает сбросной предохранительный клапан 6 и газ отводится в атмосферу через продувочную свечу 12, установленную над крышей здания котельной. Расход газа учитывает счетчик 7. Газорегулирующий пункт может быть смонтирован как в помещении самой котельной, так и вне ее.
Очистка дымовых газов и удаление золы и шлака. При сгорании твердого топлива образуется много золы.
Рис. 19.26. Схема мазутного хозяйства котельной.
1 - железнодорожный путь для цистерны; 2 - сливной поток; 3 - мазутный бак; 4 - змеевики для подогрева мазута в баке; 5 - дренажный приямок; 6 - паровой насос; 7 - мазутный приямок; 8 - воздушный колпак; 9 - фильтр; 10 - подогреватели мазута; 11 - мазутопровод; 12 - котельные агрегаты; 13 - форсунки; 14 - мазутная магистраль.
При слоевом процессе сжигания основная часть минеральных примесей топлива (60 - 70%) превращается в шлак и проваливается через колосниковые решетки в зольник. В пылеугольных топках большая часть (75 - 85%) золы уносится из котлоагрегатов с дымовыми газами. Выброс сильно запыленных газов через трубу в атмосферу не допускается из - за загрязнения окружающего воздушного бассейна и ухудшения санитарно - гигиенических условий в населенных пунктах, расположенных вблизи котельной. Кроме того, зола вызывает абразивный износ лопаток дымососов. Все эти причины вызывают необходимость улавливать золу из дымовых газов.
В настоящее время в котельных применяют следующие типы золоуловителей : 1) инерционные механические; 2) мокрые; 3) электрофильтры; 4) комбинированные.
Инерционные (механические) золоуловители работают по принципу выделения золовых частиц из газового потока под влиянием сил инерции (при резком изменении направления движения потока, при закручивании газового потока и т. д.).
Рис. 19.27. Принципиальная схема газорегулировочного пункта.
1 - задвижка; 2 - манометр; 3 - фильтр; 4 - предохранительно - запорный клапан (ПЗК); 5 - регулятор давления; 6 - предохранительный сбросной клапан (ПСК); 7 - счетчик; 8 - термометр; 9 - жидкостный манометр; 10 - линия к котлам; 11 - сбросная линия от ПСК; 12 - продувочная свеча; 13 - импульсная линия.
На рис. 19.28 показана схема циклонного золоуловителя. Вследствие тангенциального входа в циклон пылегазовый поток получает вращательное движение, в результате чего частицы золы отбрасываются центробежными силами к стенке корпуса, выпадают из потока и ссыпаются в бункер. Поскольку центробежная сила, с которой отбрасываются частицы золы, при прочих равных условиях будет тем больше, чем меньше радиус циклона, в последнее время предпочитают вместо одного циклона строить батарейные циклоны из нескольких десятков мелких циклонов. Недостаток циклонных золоуловителей - относительно большое (до 40% в однокорпусных и до 20% в батарейных) просачивание мельчайшей пыли в дымовые газы за циклоном. Этот тип золоуловителей используют в отопительно-производственных котельных с расходом дымовых газов до 50 000 м 3 /ч, приведенных к нормальным условиям.
В настоящее время широко применяются золоулавители мокрого типа. Частицы золы из потока выделяются под действием сил инерции. Стенка золоуловителя смачивается пленкой воды, которую вводят в уловитель через различные разбрызгивающие устройства. На рис. 19.29 показана схема мокрого золоуловителя (скруббера) с нижним тангенциальным подводом запыленного газа.
Уловленная зола и загрязненная вода удаляются из нижней части, а очищенные газы - из верхней части корпуса скруббера. Золоуловитель мокрого типа применяют в котельных с расходом дымовых газов более 100 000 м 3 /ч, приведенных к нормальным условиям при условии, что приведенное содержание летучей серы S рл.п ≤ 1%.
Принцип действия электрофильтров заключается в том, что запыленные газы проходят через электрическое поле, образуемое между стальным цилиндром (положительный полюс) и проволокой, проходящей по оси цилиндра (отрицательный полюс). Основная масса частиц золы получает отрицательный заряд и притягивается к стенкам цилиндра, незначительная же часть частиц золы получает положительный заряд и притягивается к проволоке. При периодическом встряхивании электрофильтра электроды освобождаются от золы. Расход электро - энергии невелик (0,1 - 0,15 кВт на 1000 м 3 газа), но высокое напряжение (до 90 000 В) требует особой осторожности при обслуживании электрофильтров. Электрофильтры применяют в котельных с расходом дымовых газов более 70 000 м 3/ ч, отнесенных к нормальным условиям.
Комбинированные золоуловители являются двухступенчатыми, при этом работа каждой ступени основана на различных принципах.
Чаще всего комбинированный золоуловитель состоит из батарейного циклона (первая ступень) и электрофильтра (вторая ступень).
Рис. 19.28. Циклонный золоуловитель. а - схема циклона; б - общий вид батарейного циклона; в - улитка циклона; 1 - циклон; 2 - спираль улитка; 3 - входной коллектор; 4 - крышка; 5 - выхлопная труба; 6 - корпус циклона; 7 - буккер сбора золы и пыли.
Рис. 19.29. Схема центробежного скруббера конструкции ВТИ
1 - корпус; 2 - входной патрубок; 3 - клапан; 4 - коллектор подвода воды; 5 - оросительные сопла.
Эффективность работы золоуловителей оценивают по величине коэффициента очистки (обеспыливания).
ɛ = S у /S д 100%
где S y , S д - содержание золы в газах соответственно после уловителя и до него.
Однокорпусные циклонные уловители имеют ɛ = 40 ÷ 50%, для батарейных циклонов ɛ = 75 ÷ 85%, у мокрых золоуловителей ɛ = 90 ÷ 94%, у электрофильтров ɛ = 90 ÷ 95%; при комбинированной очистке ɛ = 98%.
Процесс золошлакоудаления можно разделить на две основные операции: очистка шлаковых и зольных бункеров и транспортировка золы и шлака на золоотвалы или заводы шлакобетонных изделий.
Существуют три способа удаления очаговых остатков:
- механический - с использованием различных механизмов - скреперов, подъемников, шнеков, шлаковыгружателей и т.д.;
- пневматический, основанный на способности воздушного потока перемещать сыпучие материалы;
- гидравлический, являющийся наиболее совершенным в отношении механизации процесса.
Сущность его состоит в том, что шлак и зола после выгрузки из топок и газоходов смываются в каналы и выносятся по ним к центральному пункту. Оттуда с помощью струи гидроэлеватора под давлением до 2,5 МПа шлак дробится и вместе с золой нагнетается по трубопроводам к отвалам. Способы очистки продуктов сгорания топлива от серосодержащих соединений и от окислов азота в настоящее время находятся еще в стадиях лабораторной и опытно - промышленной проверок. Предельно допустимые суммарные концентрации этих соединений по нормам, принятым в России, составляют 0,085 мг/м 3 .
Котельный завод Энергия-СПБ производит котельно-вспомогательное оборудование котельных установок:
Транспортирование котельно-вспомогательного оборудования осуществляется автотранспортом, ж/д полувагонами и речным транспортом. Котельный завод поставляет продукцию во все регионы России и Казахстана.