Расчет котлов и котельных установок

Котельная установка

Предприятия или установки, предназначенные для производства электрической энергии, называются электростан­циями. Электроэнергию на них получают путем преобразования других видов энергии. Источниками энергии могут быть движу­щаяся вода, топливо, атом и нетрадиционные возобновляемые источники (ветровой, приливной, геотермальной, солнечной энер­гии и др.). Наибольшее распространение в настоящее время полу­чили гидравлические, тепловые и атомные электростанции.

Тепловые электростанции (ТЭС) преобразуют химическую энергию топлива (угля, газа, мазута) в электрическую энергию и теплоту. Электростанции, преобразующие энергию расщепления ядер атомов химических элементов в электрическую энергию и теп­лоту, называют атомными электростанциями (АЭС).

Тепловая электростанция, оборудованная паровыми турби­нами, работающими по конденсационному циклу, называется кон­денсационной (КЭС). Тепловая электростанция с комбинирован­ным производством электрической энергии и теплоты в теплофи­кационных паротурбинных установках — это теплоэлектроцен­траль (ТЭЦ). ТЭЦ отличается от КЭС наличием отводящих паро­проводов к промышленным тепловым потребителям и специаль­ными подогревателями сетевой воды, использующими регулируе­мые отборы пара из турбины.

Современная электростанция —это сложное предприятие, включающее большое количество различных видов оборудования (теплосилового, электрического, электронного и др.) и строитель­ных конструкций. Основным теплосиловым оборудованием ТЭС являются котельная и паротурбинная установки.

Котельная установка представляет собой совокупность котла и вспомогательных устройств. Она предназначена для получения пара заданных параметров или для нагрева воды под давлением. Последовательность получения и использования пара и преобра­зования одних видов энергии в другие можно проследить на при­мере технологической схемы ТЭС, работающей на твердом топливе (рис. 1, см. форзац).

Поступающее на ТЭС топливо (уголь) выгружается из вагонов 14 разгрузочными устройствами 15 и подается через дробиль - 4
ное помещение 12 конвейерами 16 в j бункера сырого топлива или на склад 13 резервного топлива. Уголь размалы­вается в мельницах 22. Угольная пыль, пройдя сепаратор 7 и циклон 8 из пы­левых бункеров 6 вместе с горячим воз­духом, подаваемым вентилятором 20, поступает в топку 21 котла 9. Образу­ющиеся в топке высокотемпературные продукты сгорания при движении по Рис. 2. sT-диаграмма ра - газоходам нагревают воду в теплооб - боты ТЭС

Менниках 10 (поверхностях нагрева)

Котла до состояния перегретого пара. Пар, расширяясь в сту­пенях турбины 2, приводит во вращение ротор турбины и сое­диненный с ним ротор электрического генератора 1, в котором возбуждается электрический ток. Вырабатываемая электро­энергия с помощью повышающих трансформаторов 30 преобра­зуется в ток высокого напряжения и передается потребителям. В турбине пар расширяется и охлаждается. После турбины пар поступает в конденсатор 28, в котором поддерживается разре­жение. Воду в конденсатор подают из природного или искусст­венного источника 24 циркуляционными насосами 25, располо­женными в насосной станции 23. Полученный конденсат насосами 32 перекачивается через обессоливающую установку и подогре­ватели низкого давления (ПНД) 31 в деаэратор 4. Здесь при тем­пературе, близкой к температуре насыщения, происходит удале­ние растворенных в воде газов, вызывающих коррозию оборудо­вания, и подогрев воды до температуры насыщения. Восполнение потерь конденсата (утечки через неплотности в трубопроводах станции или в линиях потребителей) производится химически очищенной в специальных установках 29 водой, добавляемой в деаэратор. Дегазированная и подогретая вода (питательная вода) подается питательными насосами 27 в регенеративные подо­греватели высокого давления (ПВД) 26, а затем в котел. Цикл преобразования рабочего тела повторяется. Под рабочим телом понимается пар и используемая для этого вода, которую полу­чают специальной обработкой.

Охлажденные в теплообменниках 10 продукты сгорания очи­щаются от золы в золоуловителях 19 и дымососом 17 через дымо­вую трубу 11 выбрасываются в атмосферу. Уловленная зола и шлак по каналам 18 гидрозолоудаления направляются в золоотвал.

Контроль за работой ТЭС осуществляется с пульта управле­ния 3.

Повышение мощности и параметров (давления, температуры) рабочего тела стало возможным благодаря применению промежу­точного перегрева пара (процесс 6' 7, рис. 2). При высоком и осо­бенно сверхкритическом давлении (СКД) в котле без промежуточ­ного перегрева пара на последних ступенях турбины в случае

Глубокого охлаждения пара до температуры Тк перед конденса­тором (точка 6) в паре может оказаться значительное количество влаги. Промежуточный перегрев пара осуществляют до темпера­туры Тпп (точка 7), близкой (или несколько выше) к начальной температуре Т (точка 5). Для этого в котле устанавливают проме­жуточные перегреватели.

Промежуточные перегреватели и дополнительные паропро­воды «горячего» и «холодного» промежуточного пара с арматурой значительно усложнили тепловую схему ТЭС, схему регулирова­ния работы котлов и турбин на ТЭС с поперечными связями (рис. 3, а). Во все котлы 1 вода подается из общей питательной магистрали 6, а свежий пар собирается в общем главном паро­проводе 5. В этом случае все котлы ТЭС соединены трубопрово­дами воды и пара. В блочных схемах (рис. 3, б) котел 1, турбина 2, генератор 3 и трансформатор не соединены с другим аналогичным оборудованием. Теплосиловое оборудование, связанное таким об­разом, представляет энергетический блок.

Необходимость тесной взаимосвязи всех элементов энергоблока на различных режимах следует учитывать при проектировании котла, турбины и вспомогательного оборудования, при разработке пусковых схем энергоблоков. Наиболее сложным оборудованием энергоблока являлся котел. По условиям надежности в первом варианте энергоблока устанавливали по два котла (корпуса) на одну турбину —дубль-блоки. Причем котлы имели как одинако­вые поверхности нагрева (симметричные дубль-блоки), так и раз - 6

Ные (несимметричные дубль-блоки). Во втором варианте в одном корпусе котла размещали, например, преимущественно промежу­точные перегреватели, а в другом — основные. В симметричных дубль-блоках возможна работа одного котла и блока с половин­ной нагрузкой при остановленном втором котле. Это несколько повышает надежность блока, но увеличивает капитальные за­траты. В мощных моноблочных установках (300, 500 и 800 МВт) с каждой турбиной работает однокорпусной котел.

Ввиду неравномерного использования электроэнергии в тече­ние суток, недели, месяца и года возникает необходимость в частых остановах и последующих пусках энергоблоков. При останове энергоблока и отключении генератора 3 и турбины 2 значительные расходы пара, аккумулированного в котле 1 (рис. 4, а), надо быстро сбросить помимо турбины 2 (через байпас) в конденсатор 4. Если в котле имеется промежуточный перегреватель 7, установ­ленный в зоне высоких температур, то, байпасируя цилиндр высо­кого давления (ЦВД) турбины, пар направляют через редукцион - но-охладительную установку 6 (РОУ) на охлаждение промежу­точного перегревателя. Затем пар подают в конденсатор через РОУ 5. Энергоблоки с такой схемой байпасирования турбины получили название двухбайпасных. Наличие байпасных паропро­водов с арматурой и системами регулирования, которые должны срабатывать быстро и синхронно, усложняет работу энергоблока.

В последнее время большое распространение получила одно - байпасная схема энергоблока (рис. 4, б). Пар, минуя оба корпуса турбины и промежуточный перегреватель, сразу сбрасывается в конденсатор 4 через пуско-сбросное устройство 6 (ПСБУ). В кот­лах таких энергоблоков промежуточные перегреватели размещают в зоне умеренных температур. В этом случае пуск энергоблока можно проводить без охлаждения промежуточного перегревателя, т. е. без подачи в него пара.