ЭЛЕМЕНТЫ, ВХОДЯЩИЕ В КОТЕЛЬНУЮ УСТАНОВКУ. ОБЩАЯ СХЕМА КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Для превращения химической энергии топлива в тепловую служит комплекс устройств, называемых Котельной установкой.
При сжигании топлива, представляющего собой углеродистые и углеводородистые соединения преимущественно растительного происхождения, элементы, входящие в состав топлива, соединяются с кислородом воздуха, выделяют теплоту и нагревают продукты сгорания. От продуктов сгорания тепловая энергия передается рабочему телу, которым обычно служит вода, сжатая до давления выше атмосферного.
Таким образом, в котельной установке необходимо подать некоторое количество топлива и окислителя (воздуха); обеспечить сжигание топлива и отдачу теплоты от продуктов сгорания топлива рабочему телу и удаление продуктов сгорания топлива; подать рабочее тело — воду, сжатую до необходимого давления, нагреть эту воду до требуемой температуры или превратить ее в пар, отделить влагу из пара, а иногда и перегреть пар, обеспечив надежную работу всех элементов установки.
Устройство, имеющее топку для сжигания топлива, обогреваемое продуктами горения топлива, предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного и исполь. зуемого вне самого устройства, называют Паровым котлом.
Такое же устройство, служащее для (получения горячей воды при давлении, большем атмосферного, называют Водогрейным котлом. Теплообменные устройства, служащие для:
Подогрева воды продуктами сгорания топлива или другими газами перед поступлением воды в котел, называют Водяным экономайзером;
Нагрева пара, выходящего из котлоагрегата, до температуры, превышающей температуру насыщения при давлении в котле, называют Пароперегревателем;
Подогрева »воздуха, подаваемого в топку котла, продуктами сгорания топлива, уходящими из котла (или из водяного экономайзера), называют Воздухоподогревателем.
Комплекс всех этих теплообменных устройств называют Котельным агрегатом (парогенератором).
Для осуществления перечисленных процессов котельная установка включает:
Собственно Коте л или котельный агрегат; Устройства для подачи и подготовки топлива к сжиганию — Топли - воподачу и топливоприготовление;
Установку для нагнетания необходимого для горения воздуха — Дутьевой вентилятор;
Оборудование для удаления очаговых остатков топлива — ш л а к о - и Золоудаление; *
Установку для отсоса продуктов сгорания топлива из установки — Дымосос, перед которым иногда устанавливают приспособления, отделяющие золу из дымовых газов;
Сооружения для отвода дымовых газов —дымовую трубу; Устройства для подготовки воды путем освобождения ее от вредных примесей — Оборудование для химической очистки и деаэрации;
Насосы для увеличения давления воды до большего, чем давление в котле, и подачи ее в котлоагрегат — Питательные насосы.
Все эти устройства размещаются в специальном здании, называемом Котельной, включающем в себя помещения для различных вспомогательных производственных служб, мастерских и бытовых помещений.
Котельная обычно представляет собой промышленное здание, в котором имеются-*
Устройства для хранения некоторого запаса топлива, механизмы для его подготовки к сжиганию и подачи в топку;
Оборудование для очистки, хранения, подогрева и перекачки воды для питания котлоагрегата — теплообменников, водоочистки, деаэраторов, баков, питательных, сетевых и других насосов — при установке паровых и водогрейных котлоагрегатов;
Различные вспомогательные машины и устройства, предназначенные для обеспечения длительной и надежной работы котельных агрегатов и в том числе приборов, позволяющих контролировать ход процессов в котлоагрегате и вспомогательном оборудовании.
Кроме указанного, вне здания котельной обычно располагаются: устройства для разгрузки и перемещения твердого топлива по складу, а также его сортировки, дробления и подачи в емкости котельной;
Устройства для приемки, разгрузки и подачи жидкого топлива по емкостям, аппаратам для подогрева, фильтрации и транспорта в котельную;
|
|
;-™Л |
Оо |
Рис. В-1. Схема устройства производственной котельной, работающей на твердом топливе,
/ — подогреватель сырой воды; 2 и 3-г фильтры химической очистки воды; 4 — деаэратор; 5 — бак для конденсата; 6 — насос для перекачки конденсата; 7 — конвейер для подачи топлива; в —бункер для топлива; 9 — насос питательной воды; /0 —питатель топлива; // — цепная механическая колосниковая решетка; 12 — экраны в топочной камере; 13 ~ обмуровка; 14 — барабан котлоаГрегата; 15 — коллектор перегретого пара; 16 — главный запорный вентиль; 17 -*■ регулятор температуры перегретого пара; 18 — пароперегреватель; 19 — водяной экономайзер; 20 — воздухоподогреватель; 21 <— бункер для шлака; 22 — дутьевой вентилятор; 23 ~ батарейный золоуловитель; 24 — дымосос; 25 — дымовая труба; 26 — затворы на течках провала и золы; 27 — каналы для удаления шлака и золы водой; 28 щ главный паропровод и коллектор; 29 — редукционно-охладительная установка; 30 — арматура; Л г-? газоходы от котлоагрегате к дымовой
Трубе.
Трубопроводы, подводящие газ к котельной, и газорегулировочные пункты (ГРП) для приема, очистки и снижения давления газа перед котлами;
Сооружения для удаления шлака и золы из котельной и с ее территории;
Склады для хранения материалов (в том числе горючих и смазочных) и запасных частей, необходимых при эксплуатации и ремонтах оборудования котельной установки;
Устройства для приемки и преобразования электрической энергии, потребляемой котельной установкой. Иногда на территории устанавливают баки-аккумуляторы с горячей водой.
На территории котельной регламентировано устройство проездов и площадок разного назначения, зеленой зоны для защиты окружающего пространства от шума и загрязнений.
На рис. В-1 изображена схема устройства производственной котельной, работающей на твердом топливе и снабжающей паром производственное предприятие’ Рассматривая процессы с рабочим телом—водой, поступающей из какого-то источника водоснабжения, например водопровода, можно видеть, что до того, как вода поступит в котлоагрегат, она будет подогрета в теплообменнике освобождена от части загрязняющих ее примесей и солей в аппаратах химической очистки и в деаэраторе из нее будут удалены растворенные газы. После такой подготовки вода питательным насосом направляется в котельный агрегат.
Котельный агрегат состоит из поверхностей нагрева, испаряющих воду 12 и перегревающих пар — пароперегревателя 18, нагревающих воду— водяного экономайзера 19, подогревающих воздух — воздухоподогревателя 20. Котлоагрегат имеет обмуровку 13, топочное устройство 11, Газоходы 31, запорную и регулирующую арматуру 30 и др.
Котлоагрегат состоит из элементов, представляющих собой цилиндры (трубы и сосуды) разного Диаметра, соединяемые между собой с помощью сварки или вальцовки..
Основными деталями котлоагрегата являются барабан 14, коллекторы 15 и трубы.
Для возможности осмотра и очистки барабанов и коллекторов выполняют отверстия, называемые Лазами или люками.
Внутренний объем парового котла, занятый водой, называют воДяным пространством, занятый паром — Паровым пространством; поверхность, отделяющая паровое пространство от водяного,— Зеркалом испарения. В паровом пространстве устанавливают устройства для сепарации влаги и пара, а иногда ставят дополнительный барабан, называемый Сухопарником.
При работе парового котла уровень воды в барабане колеблется между низшим и высшим положением.
Низший допускаемый уровень воды в барабанах паровых котлов устанавливается (определяется) для исключения возможности перегрева металла стенок элементов котлоагрегата и обеспечения надежного поступления воды в опускные трубы контуров циркуляции. Обычно низший уровень располагается выше на 100 мм над верхней точкой соприкосновения горячих дымовых газов с неизолированной стенкой элемента котла.
Положение в ы с ш е г о Допускаемого уровня воды в барабанах паровых котлов определяется из условий предупреждения попадания воды в паропровод или пароперегреватель.
Объем воды, содержащейся в барабане между высшим и »низшим уровнем, определяет «запас питания», т. е. время, позволяющее котлу работать без поступления в него воды.
Производительность котлоагрегата определяют по количеству теплоты или массовому количеству пара, получаемого из агрегата. Иногда размеры или производительность котлоагрегата характеризуются величиной поверхностей нагрева. Бели теплота передается рабочему Телу от Продуктов сгорания топлива излучением, поверхности нагрева называют радиационными — при передаче тепла излучением (18) и конвективныМи—при передаче теплоты соприкосновением (19, 20). Радиационные поверхности при размещении в топочной камере называются экранами 12, и они защищают стены от прямого воздействия излучающей среды.
Топочное устройство 11 служит для сжигания топлива. В топочном устройстве может быть осуществлено Слоевое сжигание топлива, когда твердое топливо подается для сжигания на колосниковую решетку того или иного типа, или Камерное сжигание, когда топливо сжигается в факеле при подаче его через горелки или форсунки.
Для. подачи твердого топлива на цепную колосниковую решетку, механически перемещающуюся вдоль топочной камеры, служит Питатель топлива 10. К питателю топливо поступает из бункера 5. Для загрузки бункера используется Конвейер 7, представляющий собой чаще всего ленточный транспортер.
На пути От склада до бункеров котельной из топлива извлекаются металлические предметы, куски древесины, а само топливо дробится.
Воздух, необходимый для горения топлива при слоевом сжигании, подается Вентилятором 22 под колосниковую решетку. В ряде случаев предварительно подогревают его в воздухоподогревателе 20. Иногда часть воздуха подается непосредственно в топочную камеру в виде «острого» дутья.
Для удаления шлака и провалившихся через решетки частиц твердого топлива в нижней части слоевых топок выполняют специальные емкости— Бункера, затворы и течки 26, располагаемые под и в конце колосниковой решетки.
В камерных топках для твердого пылевидного топлива в их нижней части для сбора шлака из стен, покрытых экранами, выполняют так называемые «холодные» (шлаковые) Воронки, под которыми размещаются бункера для шлака.
Пар, полученный в испарительных поверхностях нагрева, после осушки и освобождения от части солей направляется в Пароперегреватель 18. В нем происходят испарение вынесенной из барабана воды и нагрев пара до заданной температуры.
Пароперегреватель состоит из стальных труб, выполняемых в виде змеевиков и объединяемых коллекторами 15, которые обычно размещаются вне газоходов.’ Иногда часть змеевиков помещают в топочной камере. В первом случае перегреватель называется конвективным 18, во втором — радиационным. Так как перегреватель стремятся расположить в области сравнительно высоких температур, необходимо обеспечивать его надежную работу при всех режимах работы правильным выбором скорости движения пара, распределением его по змеевикам, подбором и изготовлением труб из металла, обладающего надлежащими свойствами. Из соображений надежности работы трубы пароперегревателя часто делают из специальных легированных сталей. С целью исключения возможности повышения температуры перегретого пара устанавливают специальные регуляторы 17.
Вводимом экономайзере 19 нагревается питательная вода, а иногда вода тепловых сетей. Водяные экономайзеры котлоагрегатов среднего и высокого давления изготовляют из стальных труб, для низкого давления — из чугунных или стальных труб.
При частичном испарении воды в трубах экономайзер называют киПящим. Чугунные водяные экономайзеры выполняют только некипящими. Вода подогревается лишь до температуры, на 20—40°С меньшей температуры насыщенного пара в барабане 14 котла.
В водяйой экономайзер вода подается питательным насосом 9, за счет напора которого и осуществляется ее принудительное движение в трубах экономайзера.
Воздухоподогреватель 20 в небольших котлоагрегатах располагают обычно после водяного экономайзера. В воздухоподогревателе подогревается воздух, идущий в топочную камеру, под решетку и в систему для подсушки и размола топлива. В случае сжигания топлив с высоким содержанием влаги или твердого топлива в камерной топке подогрев воздуха является обязательным. При сжигании твердого топлива в слое или жидких и газообразных топлив в камере в большинстве случаев для котельных агрегатов малой производительности можно ограничиться установкой только водяного экономайзера.
Воздух в воздухоподогреватель нагнетается дутьевым вентилятором 22 через входные короб а-воздуховоды и отводится к топочной камере (или в систему приготовления топлива) коробами горячего воздуха.
При сжигании в камере газообразного топлива весь воздух вводится через горелку, в которой газ и воздух перемешиваются: при сжигании жидкого топлива также весь воздух вводится через горелку, но топливо с помощью форсунок сначала превращается в мелкие капли, которые затем перемешиваются с воздухом.
Если в камерной топке сжигается твердое топливо, то последнее предварительно измельчается в пылеприготовительных установках до размера частиц в несколько микрометров. В этом случае одна часть воздуха вводится через горелку в смеси с топливом (первичный воздух) и другая—через специальные устройства в той же горелке или рядом с ней (вторичный воздух). Иногда часть вторичного воздуха отделяется и вводится через специальные устройства в нижней части или на задней стене топочной камеры.
При сжигании твердого топлива, кроме дымовых газов, образуются шлак и зола, которые необходимо удалить из котлоагрегата и с территории котельной. Из бункеров шлак через течку попадает в устройства для удаления 27, пройдя в некоторых случаях специальную дробилку.
Системы шлакоудаления могут быть механическими, пневматическими и гидравлическими; при небольших количествах шлака до 0,06 кг/с (до 200 кг/ч) применяют удаление шлака при помощи вагонеток с простой механизацией.
Вместе со шлаком удаляется зола, уловленная из дымовых газов с помощью Золоулавливающих установок 23, размещаемых перед Дымососами 24. Золоулавливающие установки и бункера шлака отделяются от устройств для аолошлакоудаления специальными затворами 26. •
Охлажденные и очищенные от золы дымовые газы удаляются через Дымовые трубы 25, высота которых определяется таким образом, чтобы предупредить недопустимое загрязнение воздушного бассейна в районе котельной.
Дымовые трубы выполняются стальными, кирпичными или железобетонными (с защитной обмуровкой внутри).
При работе котлоагрегатов с давлением в топочной камере выше давления атмосферного воздуха или при небольшой производительности котельной, когда оказывается достаточной тяга, развиваемая дымовой трубой, дымососы не устанавливаются. В очень мелких котельных установках иногда можно обойтись и без дутьевых вентиляторов.
Дымовые газы, пройдя газоходы котлоагрегата, направляются в золоуловители 23, затем в борова 31, дымососы 24 и дымовую трубу 25.
Дымовые газы с высокой температурой, полученные при сгорании топлива в топочной камере, имеют давление, отличающиееся от атмосферного.
Для изоляции дымовых газов от внешней среды применяют Обмуровку 13, которая выполняется из кирпича или огнеупорного материала, из металлических щитов с ошеупорами. Обмуровка может опираться непосредственно на фундамент, на металлические конструкции — каркас или крепиться на трубах экранов топочной камеры и газоходов.
Обмуровку в разных частях котлоагрегата выполняют различной, так как, например, в топочной камере обмуровка должна быть особо высокоогаеупорной, стойкой против химического воздействия шлаков, малотеплопроводной, дешевой, простой по конструкции, достаточно плотной. Обычно обмуровку изготовляют из недефицитных материалов.
Каркас служит для крепления и поддержания всех элементов котельного агрегата — барабанов, поверхностей нагрева, трубопроводов, обмуровки, лестниц и площадок и представляет собой металлические конструкции обычно рамного типа, соединенные с помощью сварки или болтами. Каркас закрепляют на фундаменте, а иногда выполняют совмещенным с каркасом здания, в котором устанавливается котельный агрегат.
Г ар ни Турой называются устройства, позволяющие обслуживать топочную камеру, колосниковые решетки и газоходы «отельного агрегата— лазы, гляделки и люки с крышками и дверками для осмотра и другие устройства для очистки деталей топки и поверхностей нагрева в газохода«, шиберы и заслонки для регулирования тяги и дутья и лючки для обдувки.
Арматура 30 котельного агрегата состоит из устройств, обеспечивающих безопасное его обслуживание,—предохранительных клапанов, манометров, ведоуказательных приборов, водопробных клапанов, регулирующих и запорных устройств для подачи, продувки и спуска воды, для отключения агрегата от трубопроводов топлива, воды и пара. Количество арматуры и ее обязательные типы регламентированы Правилами Госгортехнадзора СССР [Л. 1].
. К Вспомогательным устройствам .котельной установки принято относить оборудование на ее территории для разгрузки, хранения и подачи топлива. Снабжение котельной топливом может осуществляться различными путями — по железной дороге, автотранспортом и по трубопроводам. При сжигании твердого и жидкого топлива топливное хозяйство 'состоит из устройств и сооружений для разгрузки, приема, окладирования и подачи топлива в бункера котельной или трубопроводы котельной. *
При использовании жидкого топлива, подаваемого в железнодорожных или автомобильных цистернах, на территории котельной выполняются устройства для разгрузки топлива — его слива и хранения. Жидкое топливо из хранилищ перекачивается насосами, подогревается для снижения (вязкости и фильтруется для освобождения 01 Частиц, могущих нарушить работу форсунок, подготавливающих топливо к сжиганию.
Газообразное топливо, подведенное к. котельной по газопроводу, поступает в газорегулировочный пункт—ГРП или газорегулировочное устройство — ГРУ, где его давление снижается до требуемой величины. Далее топливо поступает - в газопровод 35 котельной к агрегатам с камерной тапкой (рис. В-2) и к горелкам 36.
Рис. В-2. Схема размещения оборудования в котельной, работающей 4 топливе. Обозначения даны на рис. В-1, кроме них: 32.— топочная камера; 33 —пучок 34 — нижний барабан; 35 — газопровод; 36 — горелка; 37 — подземный газоход «боров»; 39 - ч щит с контрольно-измерительными приборами; 40 —здание котельной. |
Устройства для снижения давления газа перед котельной, магистрали для его отвода и разводка трубопроводов в «отельной должны быть выполнены. в соответствии с указаниями «Правил безопасности в газовом хозяйстве» Госгортехнадзора СССР [Л. 1].
Вода, предназначенная для подачи в паровые котлы или в тепловые сети и водогрейные. котлы, должна удовлетворять ряду технических, санитарных и экономических требований. В случае поступления воды в «отельную из городского (водопровода обработка сводится к ее умягчению и снижению щелочности в специальных фильтрах 2 и 3 (см. рис. В-1); при использовании воды из открытых водоемов воду необходимо очистить от взвешенных веществ.
До поступления в устройства для химической очистки вода должна быть нагрета в теплообменниках 1. Загрязненный конденсат, возвращаемый от технологических потребителей, также подвергается очистке.
Подготовленные тем или иным способом вода и конденсат направляются в устройства для удаления из них растворенных газов — деаэраторы 4. После деаэраторов с помощью питательных насосов 9 вода
Направляется в «отельный агрегат или подпиточвыми насосами в тепловые сети.
|В небольших котельных Иногда для подачи «питательной воды В Паровой котел Используются Поршневые паровые насосы или инжекторы. В Котельных С Крупными паровыми котлами, как правило, используются Центробежные Насосы с электрическим приводом и с приводом от паровой Турбины. Для подпитки водой тепловых сетей, когда в качестве источника теплоснабжения установлены стальные водогрейные котлы, /применяются Центробежные насосы обычно с электрическим приводом. Чугунные Водогрейные котлы разрешается при определенных условиях подпитывать водой прямо из водопровода.
Размещение оборудования Котельной установки на открытой площадке Или В Здании принято Называть Компоновкой. Если все оборудование Расположено внутри Здания, как это показано на рис. В-2,, Компоновку Называют закрытой; При размещении части оборудования вне Здания компоновка будет открытой.
Из общего, Описания «отельной установки и ее вспомогательных устройств следует, Что она Представляет собой промышленное предприятие с хозяйственным расчетом, для которого принято вести отдельный учет и определять себестоимость вырабатываемой тепловой энергии.
Все котельные установки с давлением выше 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и температурой выше 11б°С подлежат регистрации в государственной организации, контролирующей правильность конструкции котлоагрега - та, соответствие установленным правилам и законам оборудования и здания котельной И Соблюдение обслуживающим персоналом Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов Госгортехнадзора СССР, обязательных для всех министерств и ведомств [Л. 1]. Размеры, материалы, из которых выполняют здания котельных, величины проходов между стенами и оборудованием, а также расстояния до ферм И Перекрытий определяются Правилами и нормами Госгортехнадзора И Госстроя СССР [Л. 2], которые обязательны для всех министерств И Ведомств.
Трубопроводы, с Помощью Которых транспортируют теплоноситель к потребителям, Возвращают Конденсат или воду с меньшей температурой, Называют тепловыми сетями. Их устройство, конструкции, выбор, способы регулирования работы и другие вопросы изучаются в специальной дисциплине — «Тепловые сети».