 |
Элементы, водящие в котельную установку. Общая схема котельной установки.
|
|
|
|
ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЕ УСТАНОВКИ
Теплогенерирующей установкой называют совокупность устройств и механизмов для производства тепловой энергии в виде водяного пара, горячей воды или подогретого воздуха. Водяной пар используют для технологических нужд в промышленности и сельском хозяйстве, для нагрева воды, направляемой в дальнейшем на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Горячую воду и подогретый воздух используют для отопления производственных, общественных и жилых зданий, а также для коммунально-бытовых нужд населения. Теплогенерирующие установки предназначены для производства тепловой энергии из первичных источников энергии, которыми являются: органическое и ядерное топливо, солнечная и геотермальная энергия, горючие и тепловые отходы промышленных производств.
Назначение и классификация ТГУ
Теплогенерирующие установки можно классифицировать по следующим
признакам:
а) по назначению (по характеру нагрузки):
- на энергетические, предназначенные для электростанций;
- отопительные - для обеспечения теплотой систем отопления, вентиляции и
горячего водоснабжения;
- отопительно-производственные - для обеспечения теплотой систем
отопления, вентиляции и горячего водоснабжения и для технологического
теплоснабжения;
- производственные - для технологического теплоснабжения;
б) по размещению:
- отдельно стоящие - теплогенерирующая установка размещена в отдельно
стоящем здании (главном корпусе);
- пристроенные к зданиям;
- встроенные в здания другого назначения;
- крышные - расположенные на крыше здания;
в) по виду энергоносителя:
- паровые;
- водогрейные;
г) по виду сжигаемого топлива:
|
|
|
- на твердом топливе;
- на жидком топливе;
- на газообразном топливе;
д) по типу системы теплоснабжения:
- установки с закрытой системой теплоснабжения. В закрытых системах нагрев воды на горячее водоснабжение осуществляется прямой отопительной водой в местных теплообменниках;
- установки с открытой системой теплоснабжения, когда водоразбор горячей
воды происходит непосредственно из тепловой сети.Открытой называется система, в которой теплоноситель – горячая вода – частично или полностью используется потребителем.
По надежности отпуска тепла потребителям котельные относятся:
- к первой категории – котельные, являющиеся единственным источником тепла системы теплоснабжения и обеспечивающие потребителей первой категории, не имеющих индивидуальных резервных источников тепла;
- ко второй категории – остальные котельные.
Потребители тепла по надежности теплоснабжения относятся:
- к первой категории – потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с опасностью для жизни людей или со значительным ущербом народному хозяйству (повреждение технологического оборудования, массовый брак продукции);
- ко второй категории – остальные потребители тепла.
Котлы могут быть водогрейными или паровыми.
Паровые котлы по рабочему давлению делят на четыре группы:
- низкого – 0,9-1,4 МПа;
- среднего – 2,4-4 МПа;
- высокого – 9-14 МПа;
-сверхвысокого и закритического давления.
По производительности паровые котлы делят:
- малой производительности – до 25т/ч;
- средней производительности - 35-220 т/ч;
- большой производительности.
Водогрейные котлы по уровню нагрева воды, подаваемой в систему теплоснабжения, делят на четыре группы: 95, 115, 150 и свыше 150 0С.
По тепловой производительности:
- малой до 2МДж/с;
- средней – 4-30 МДж/с;
- высокой 50-210 МДж/с
Котельные установки состоят из основного и вспомогательного оборудования:
|
|
|
- основное (котлы, подогреватели и охладители, расширители непрерывной продувки, деаэраторы, насосы, баки, редукционные охладительные установки, химводоочистка и др.);
- вспомогательное (арматура, резервные насосы, вспомогательные
трубопроводы и др.).
При проектировании котельных установок основываются СНиП "Котельные установки"
Элементы, водящие в котельную установку. Общая схема котельной установки.
Для превращения химической энергии топлива в тепловую служит комплекс устройств, называемых котельной установкой.
При сжигании топлива, представляющий собой углеродистые и углеводородистые соединения 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 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 используемого 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 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, называют воздухоподогревателем.
|
|
|
Комплекс всех этих теплообменных устройств называют котельнымагрегатом.
Для осуществления перечисленных процессов котельная установка включает:
- собственно котел;
- устройства для подачи и подготовки топлива к сжиганию – топливоподачу и топливоприготовление;
- установку для нагнетания необходимого для горения воздуха – дутьевойвентилятор;
- оборудование для удаления очаговых остатков топлива – шлако и золоудаление;
- установку для отсоса продуктов сгорания топлива из установки – дымосос, перед которым иногда устанавливают приспособления, отделяющие золу из дымовых газов;
- сооружение для отвода дымовых газов – дымовуютрубу;
- устройства для подготовки воды путем высвобождения ее от вредных примесей – оборудование для химической очистки и деаэрации;
- насосы для увеличения давления воды до большего, чем давление в котле, и подача 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;
|
|
|
- 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 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. 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 18, испаряющих воду 12 и перегревающих пар – пароперегревателя 18, нагревающих воду – водяного экономайзера 19, подогревающих воздух – воздухоподогревателя 20. Котлоагрегат имеет обмуровку 13, топочноеустройство 11, газоходы 31, запорную и регулирующуюарматуру 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 котлоаграгата 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, занятые водой, называют водяным пространством, занятый паром – паровым пространством; поверхность, отделяющая паровое пространство от водяного – зеркалом пространства. В паровом устанавливают устройства для сепарации влаги и пар, 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 низий уровень располагается выше на 100мм над верхней точкой соприкосновения горячих газов с неизолированной стенкой элемента котла.
|
|
|
Положение высшего допускаемого уровня воды в барабанах паровых котлов определяется из условий предупреждения попадания воды в паропровод или параперегреватель.
Объем воды, содержащейся в барабане между высшим и низшим уровнем, определяет «запаспитания», т.е. время, позволяющее котлу работать без посткпления в него воды.
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 котельную из городского водопровода обработка сводится к ее умягчению и снижению щелочности в специальных фильтрах 2 и 3; 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 направляется в котельный агрегат или подпиточными насосами в тепловые сети.
Производительность котлоагрегата определяют по количеству теплоты или массовому количеству пара, получаемого из агрегатаю иногда размеры или производительность котлоагрегата характеризуются величиной поверхностей нагрева. Если теплота передается рабочему телу от продуктов сгорания топлива излучением, поверхности нагрева называют радиационными – при передаче тепла излучением (18) и конвективными - при передаче теплоты сопрокосновением (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 питательтоплива 10. К питателю топливо поступает в бункера 8. Для загрузки бункера используется конвейер 7, представляющий собой чаще всего ленточныйтранспортер.
На пути от склада до бункеров котельной из топлива извлекаются металлические предметы, куски древесины, а само топливо дробится.
Воздух, необходимый для горения 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 и затворы 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.
Паропегреватель 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, 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. В целью исключения возможности повышения температуры перегретого пара устанавливают специальные регуляторы 17.
В водяном экономайзере 19 нагревается питательная вода, а иногда вода тепловых сетей. Водяные экономайзеры котлоагрегатов среднего и высокого давления выполняются 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 0С меньшей температуры насыщенного пара в барабане 14 котла.
В водяной экономайзер вода подается питательнымнасосом 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 ыс 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 дутьевымвентилятором 22 через входные короба-воздуховоды и отводится к топочной камере 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.
Системышлакоудаления могут быть механическими, пневматическими и гидравлическими; при небольших количествах шлака до 200кг/ч применяют удаление шлака при помощи вагонеток в простой механизацией.
Вместе со шлаком удаляется зола, уловленная из дымовых газов с помощью золоулавливающихустановок 23, размещаемых перед дымососами 24. Золоулавливающие установки и бункера шлака отделяются от устройств для золошлакоудаления 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 оказыватся достаточной тяга, развиваемая дымовой трубой, дымососы не устанавливаются. В очень мелких котельных установках можно обойтись и без дутьевых вентиляторов.
Дымовые газы, пройдя газоходы котлоагрегата, направляются в золоуловители 23, затем в борова 31, дымососы 24 и дымовуютрубу 25.
Дымовые газы с высокой температурой, полученные при сгорании топлива в топочной камере, имеют давление, отличающееся от атмосферного.
Для изоляции дымовых газов от внешней среды применяют обмуровку 13, которая выполняется из кирпича или огнеупорного материала, из металлических щитов с огнеупорами. Обмуровка может опираться непосредственно на фундамент, на металлические консрукции – каркасили крепиться на трубах экранов топочной камеры и газоходов. Обмуровку в разных частях котлоагрегата выполняют различной, так как, например, втопочной камере обмуровка должна быть особо высокоогнеупорной, стойкой против химического воздействия шлаков, малотеплопроводной, дешевой, простой по конструкции, достаточно плотной. Обычно обмуровку изготавливают из недифицитных 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 хакрепляют на фундаменте, а иногда выполняют совмещенными с каркасом здания, в котором устанавливается котельный агрегат.
Гарнитурой называются устройства, позволяющие обслуживать топочную камеру, колосниковые решетки и газоходы котельного агрегата – лазы, гляделки и люки с крышками и дверками для осмотра и другие устройства для очистки деталей топки и поверхностей нагрева в газоходах, 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, водоуказательных приборов, водопробных клапанов, регулирующих и запорных устройств для полачи, продувки и спуска воды, для отключения агрегата от трубопроводов топлива, воды и пара.
К вспомогательным устройствам котельной установки принято относить оборудование на ее территории для разгрузки, хранения и подачи топлива. При сжигании твердого топлива топливное хозяйство состоит из устройств и сооружений для разгрузки, приема, складирования и подачи топлива в бункера котельной.
При использовании жидкого, 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 от 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 топкой и к горелкам 36 рис..
Размещение оборудования котельной оборудования котельной установки на открытой площадке или в здании принято называть компоновкой. Если все оборудование расположено внутри здания, то компановку называют закрытой, при размещении части оборудования вне здания – открытой.
Трубопроводы, с помощью которых транспортируют теплоноситель к потребителям, возвращают конденсат или воду с меньшей температурой, называют тепловымисетями.
|
|
|
