Котельные установки

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;

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.

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».