Расчет котлов и котельных установок

Схема котельной установки. типы котлов и „их основные характеристики

В зависимости от назначения котельная установка состоит из котла соответствующего типа и вспомогательного обо­рудования, обеспечивающего его работу. Котел —это конструк­тивно объединенный в одно целое комплекс устройств для получе­ния пара или для нагрева воды под давлением за счет теплоты сжигаемого топлива, при протекании технологического процесса или преобразовании электрической энергии в тепловую.

Для нормального функционирования котла необходимо обес­печить подготовку и подачу к нему топлива, подачу окислителя для горения, а также удалить образующиеся продукты сгорания, золу и шлак (при сжигании твердого топлива) и др. Вспомога­тельное оборудование котла — это дутьевые вентиляторы и дымо­сосы для подачи воздуха в котел и удаления из него в атмосферу продуктов сгорания; бункера, питатели сырого топлива и пыли; углеразмольные мельницы для обеспечения непрерывной подачи и приготовления пылевидного топлива требуемого качества; золо- улавливающее и золошлакоудаляющее оборудование для очистки дымовых газов от золовых частиц с целью охраны окружающей среды от загрязнения и для организованного отвода уловленной золы и шлака; устройства для профилактической очистки наруж­ной поверхности труб котла от загрязнений; контрольно-измери­тельная аппаратура; водоподготовительные установки для обра­ботки исходной (природной) воды до заданного качества.

Рассмотрим схему котельной установки (рис. 5) по трактам соответствующего назначения: пароводяного, топливного, воз­душного, газового и золошлакоудаляющего. Котел —барабан­ный, высокого давления с естественной циркуляцией со сжиганием твердого топлива в пылевидном состоянии.

Основными элементами котла являются поверхности нагрева — теплообменные поверхности, предназначенные для передачи теп­лоты от теплоносителя к рабочей среде (воде, пароводяной смеси, пару или воздуху). В зависимости от процессов преобразования рабочего тела различают нагревательные, испарительные и пере - гревательные поверхности нагрева.

Теплота от продуктов сгорания может передаваться излуче­нием (радиацией) и конвекцией. В соответствии с этим разли - 8

Чают поверхности нагрева радиационные, конвективные и радиа - ционно-конвективные (полурадиационные).

Нагревательной поверхностью является экономайзер 18, пред­назначенный для подогрева или для подогрева и частичного испа­рения питательной воды, поступающей в котел. В соответствии с этим различают экономайзеры некипящего или кипящего типа. Экономайзер располагают в зоне относительно невысоких темпе­ратур в конвективной опускной шахте, они являются конвек­тивными поверхностями нагрева.

Испарительные поверхности нагрева размещают в топке 9 в об­ласти наиболее высоких температур или в газоходе, расположен­ном за топкой. Это, как правило, радиационные или радиационно - конвективные поверхности нагрева — экраны, фестоны, котельные пучки. Экраны 11 —это поверхности нагрева котла, располо­женные на стенах топки и газоходов и ограждающие их от воздей­ствия высоких температур. Экраны могут быть установлены вну­три топки —двусветные экраны. В этом случае они подвергаются двустороннему облучению.

Следует отметить, что фестон и особенно котельные пучки при­меняют в котлах среднего давления относительно небольшой про­изводительности. Фестон —полурадиационная поверхность на­грева, располагаемая в выходном окне топки и образованная, как правило, трубами заднего экрана, разведенными на значительные расстояния путем образования многорядных пучков. Котельный пучок — это система параллельно включенных труб конвективной парообразующей поверхности котла, соединенных общими коллек­торами" или барабанами.

Перегреватели (перегревательные поверхности нагрева) могут быть радиационными, ширмовыми и конвективными. Радиацион­ные перегреватели располагают на стенах топки или на ее потолке и соответственно называют настенным радиационным или пото­лочным перегревателем. Ширмовые перегреватели 15 — поверх­ности нагрева, в которых ширмы расположены с большим попереч­ным шагом (не менее пяти диаметров трубы), — получают теплоту газов излучением и конвекцией примерно в равных количествах.

Конвективные перегреватели 16 устанавливают в газоходах: в переходном горизонтальном или в начале (по ходу газов) кон­вективной шахты.

Совокупность последовательно расположенных по ходу рабо­чего тела поверхностей нагрева, соединяющих их трубопроводов и установленных дополнительных устройств составляет пароводя­ной тракт котла. В основной пароводяной тракт котла, схема которого показана на рис. 5, входят экономайзер 18, отводящие трубы, барабан 14, опускные трубы 10 и нижний распределитель­ный коллектор 6, экраны, потолочный перегреватель, первая и вторая ступени конвективного перегревателя 16. Промежуточный перегреватель 17 является элементом пароводяного тракта про­межуточного перегрева пара.

Топливный тракт котла представляет собой совокупность обо­рудования для подачи топлива к горелкам 8 и подготовки его к сжиганию. Он включает конвейер 1, бункер 2, питатели 3 сырого топлива и пыли, топливные течки и пылепроводы. Бункера сы­рого топлива, предназначенные для хранения определенного, по­стоянно возобновляемого запаса топлива, обеспечивают непре­рывную работу котла. Питатели сырого топлива — устройства для дозирования и подачи топлива из бункера в мельницу 4, пред­назначенную для получения угольной пыли требуемого качества. В мельницу одновременно с топливом для его сушки подается су­шильный агент, в данном случае воздух (по коробу 5).

Для сжигания топлива используется воздух. В воздушный тракт котельной установки входят заборный воздуховод, дутьевой вентилятор 20, воздухоподогреватель 19, короба 5 и 7 первичного и вторичного воздуха. Воздушный тракт (кроме заборного возду­ховода) находится под избыточным давлением, развиваемым дутье: вым вентилятором. Подогретый в воздухоподогревателе 19 воз­дух используется для сушки топлива, что позволяет повысить ин­тенсивность и экономичность его горения. Различают рекупера­тивные и регенеративные воздухоподогреватели. В рекуператив­ном (в данном случае трубчатый) воздухоподогревателе теплота от продуктов сгорания к воздуху передается через разделяющую их теплообменную поверхность. В регенеративном воздухоподо­гревателе передача теплоты от продуктов сгорания к воздуху осу­ществляется через одни и те же периодически нагреваемые (про­дуктами сгорания) и охлаждаемые (воздухом) теплообменные по­верхности.

Продукты сгорания проходят последовательно все поверхности нагрева и после очистки от золы в золоуловителях 21 выводятся через дымовую трубу 23, в атмосферу. Все это составляет газовый тракт котла, который может находиться под давлением (дутьевого вентилятора) либо, как в рассматриваемой котельной установке, под разрежением. В последнем случае в газовом тракте после золоуловителей установлен дымосос 22.

Шлакоудаляющие устройства 25, золоуловители 21 и каналы 24 входят в тракт золошлакоудаления.

Элементами котла являются обмуровка и каркас. Обмуровка 12 — система огнеупорных и теплоизоляционных ограждений или конструкций, предназначенная для уменьшения тепловых потерь и обеспечения плотности. Каркас 13—несущая металлическая конструкция, воспринимающая|. нагрузку от массы котла с нахо­дящимся в нем рабочим телом и все другие возможные нагрузки и обеспечивающая требуемое взаимное расположение элементов котла. На каркасе котла предусмотрены площадки обслуживания и переходные лестницы.

Котлы классифицируют в зависимости от вида соответствую­щего тракта и его оборудования. По виду сжигаемого топлива и соответствующего топливного тракта различают котлы для газо­образного, жидкого и твердого топлива.

По газовоздушному тракту различают котлы с естественной и уравновешенной тягой и с наддувом. В котле с естественной'тягой сопротивление газового тракта преодолевается под действием разности плотностей атмосферного воздуха и газа в дымовой трубе. Если сопротивление газового тракта (так же, как и воздуш­ного) преодолевается с помощью дутьевого вентилятора, то котел работает с наддувом. В котле с уравновешенной тягой давление в топке и начале газохода (поверхность нагрева 15) поддержи­вается близким к атмосферному совместной работой дутьевого вентилятора и дымососа. В настоящее время стремятся все выпу­скаемые котлы, в том числе и с уравновешенной тягой, изготовлять газоплотными.

По виду пароводяного тракта различают барабанные (рис. 6, а, б) и прямоточные (рис. 6, в) котлы. Во всех типах котлов через экономайзер 1 и перегреватель 6 вода и пар проходят однократно. В барабанных котлах пароводяная смесь в испарительных по­верхностях нагрева 5 циркулирует многократно (от барабана 2 по опускным трубам 3 к коллектору 4 и барабану 2). Причем в кот­лах с принудительной циркуляцией (рис. 6, б) перед входом воды в испарительные поверхности 5 устанавливают дополнительный насос 8. В прямоточных котлах (рис. 6, в) рабочее тело по всем поверхностям нагрева проходит однократно под действием напора, развиваемого питательным насосом 7.

В прямоточных котлах докритического давления испаритель­ные экраны 5 располагают в нижней части топки, поэтому их на­зывают нижней радиационной частью (НРЧ). Экраны, располо-

-6

[О-^С-О

У - <

Г)

Рис. 6. Схемы пароводяного тракта котла:

А — барабанного с естественной циркуляцией; б — барабанного с пр ниудительной цир­куляцией; в — прямоточного; г — прямоточного с принудительной циркуляцией

Женные в средней и верхней частях топки, преимущественно яв­ляются перегревательными 6. Их соответственно называют сред­ней радиационной частью (СРЧ) или верхней радиационной частью (ВРЧ).

Для увеличения скорости движения воды в некоторых поверх­ностях нагрева (как правило НРЧ) при пуске прямоточного котла или работе на пониженных нагрузках обеспечивают принудитель­ную рециркуляцию воды специальным насосом 8 (рис. 6, г). Это котлы с рециркуляцией и комбинированной циркуляцией.

По фазовому состоянию выводимого из топки шлака разли­чают котлы с твердым и жидким шлакоудалением. В котлах с твер­дым шлакоудалением (ТШУ) шлак из топки удаляется в твердом состоянии, а в котлах с жидким шлакоудалением (ЖШУ) — в рас­плавленном.

Стационарные котлы характеризуются следующими основными параметрами: номинальной паропроизводительностью, давлением, температурой пара (основного и промежуточного перегрева) и пи­тательной воды. Под номинальной паропроизводительностью по­нимают наибольшую нагрузку (в т/ч или кг/с) стационарного котла, с которой он может работать в течение длительной эксплуа­тации при сжигании основного вида топлива или при подводе но­минального количества теплоты при номинальных значениях пара и питательной воды с учетом допускаемых отклонений.

Номинальные значения давления и температуры пара должны быть обеспечены непосредственно перед паропроводом к потреби­телю пара при номинальной паропроизводительности котла (а тем­пература также при номинальном давлении и температуре пита­тельной воды).

Номинальная температура промежуточного перегрева пара — это температура пара непосредственно за промежуточным перегре - 12

Вателем котла при номинальных значениях давления пара, темпе­ратуры питательной воды, паропроизводительности и остальных параметров пара промежуточного перегрева с учетом допускаемых отклонений.

Номинальная температура питательной воды —это темпера­тура воды, которую необходимо обеспечить перед входом в эконо­майзер или другой подогреватель питательной воды котла (или при их отсутствии — перед входом в барабан) при номинальной паропроизводительности. 'Основные параметры некоторых типов котлов приведены в табл. 1 (ГОСТ 3619—82 Е).

По давлению рабочего тела различают котлы низкого (менее 1 МПа), среднего (1—10 МПа), высокого (10—22,5 МПа) и сверх­критического давления (более 22,5 МПа). Наиболее характерные особенности котла и основные параметры введены в его обозначе­ние. Согласно ГОСТ 3619—82 Е тип котла и вид сжигаемого топ­лива обозначают следующим образом: Е — естественной цирку­ляции; Пр — с принудительной циркуляцией; П — прямоточ­ный; Пп — прямоточный с промежуточным перегревом; Еп — ба­рабанный с естественной циркуляцией и промежуточным перегре­вом; Т — с твердым шлакоудалением; Ж — с жидким шлакоуда - лением; Г —газообразное топливо; М —мазут; Б —бурый уголь; К —каменный уголь. Например, котел прямоточный с промежу?. точным перегревом производительностью 2650 т/ч с давлением 25 МПа температурой пара 545 °С и промежуточного перегрева пара 542 °С на буром угле с твердым шлакоудалением обозначают: Пп-2650 —25—545/542 ВТ.