Котельные установки

Котельные установки.

18.1. общие сведения

       Устройства, предназначенные для по­лучения пара или горячей воды повы­шенного давления за счет теплоты, вы­деляемой при сжигании топлива или под­водимой от посторонних источников (обычно с горючими газами), называют котлами. Они делятся соответственно на котлы паровые и котлы водогрей­ные. Котлы, использующие (т.е. утили­зирующие) теплоту отходящих из печей газов или других основных и побочных продуктов различных технологических процессов, называют котлами-утилиза­торами.

       С целью обеспечения стабильной и безопасной работы котла его снабжают вспомогательным оборудованием, служа­щим для подготовки и подачи топлива, воздуха, очистки и подачи воды, отвода продуктов сгорания и их очистки от золы и токсичных примесей, удаления золошлаковых остатков.

       Комплекс устройств, включающий в себя собственно котел и вспомогатель­ное оборудование, называют котель­ной установкой.

       Котельные установки, снабжающие паром турбины тепловых электрических станций, называют энергетическими. Для снабжения паром производственных потребителей и отопления зданий в ряде случаев создают специальные производственные и отопи­тельные  котельные установки.

       В качестве источников теплоты для котельных установок используются при­родные и искусственные топлива, отходя­щие газы промышленных печей и других устройств, солнечная энергия, энергия деления ядер тяжелых элементов (урана, плутония) и т. д.

18.2. ПАРОВОЙ КОТЕЛ И  ЕГО ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

         Развитие конструкций котлов. Исто­рически развитие паровых котлов шло в направлении повышения паропроизводительности, параметров производимого пара (давления и температуры), надеж­ности и безопасности в эксплуатации, увеличения экономичности (КПД) и сни­жения массы металлоконструкций, при­ходящейся на 1 т вырабатываемого пара.

Рекомендуемые материалы

         Исходным типом современных котлов был простой цилиндрический ко­тел (рис. 18.1, а), выполненный в виде горизонтального барабана с топкой под ним. Стенки барабана были одновремен­но и поверхностью нагрева. В дальней­шем увеличение поверхности нагрева шло по двум направлениям. В одном случае непосредственно в водяном пространстве барабана размещались большие и малые трубы; при этом большие одновременно являлись топкой (котлы с жаровыми тру­бами), а по малым пропускались продук­ты сгорания (котлы с дымогарными тру­бами). В другом случае к барабану при­соединялись дополнительные наружные трубные поверхности нагрева — кипя­тильные пучки, заполненные водой и обогреваемые топочными газами (водотрубные котлы).

         Уменьшение диаметра труб этих поверхностей и увеличение их количества вели к росту удельной поверхности нагрева (м²/м³ объема газохода). В котлах  этого типа движение среды через кипятильный пучок труб обеспечивалось за счет естественной циркуляции: пapoводяная смесь в трубах кипятильного (испарительного) пучка, которая, естественно, легче воды, поднималась вверх, вытесняемая водой, поступающей из барабана по опускным трубам. Чтобы предотвратить образование пароводяной смеси в опускных трубах и уменьшить сопротивление, увеличивали их диаметр по сравнению с подъемными — кипятильными (рис. 18.1,б) и уменьшали обогрев, располагая их в зоне более низких температур продуктов сгорания (рис. 18.1, е). В дальнейшем опускные трубы вынесли за изоляционную стенку (обмуровку) котла (рис. 18.2). Использовании вертикальных трубок в качестве кипятильного пучка (см. рис.18.1,в) повысило надежность циркуляции пароводяной  смеси  в  них.   Котлы  этого типа  получили название вертикально-водотрубных. Впоследствии вертикаль­ные  (подъемные)   трубы  испарительной поверхности нагрева стали располагать и  на стенах топки. Так появились эк­ранные   поверхности   нагрева. (Название связано с тем, что они, выпол­няя свою основную функцию в качестве испарительной поверхности, еще и экранируют стены топки от излучения топочного объема, препятствуя налипанию на них    размягченного    шлака    и    золы.) Вместо   нижних   барабанов   в   качестве коллекторов      (рис. 18.2,     18.1,6),  объединяющих трубы  поверхностей  на­грева и являющихся переходными эле­ментами между ними и опускными труба­ми, в котлах высокого давления исполь­зуются цилиндрические камеры (трубы) относительно небольшого диаметра. Барабан постепенно перестал играть роль поверхности нагрева. Более того, стрем­ление повысить надежность работы кот­ла явилось причиной выноса барабана из зоны обогрева.

         Целесообразность перегрева пара для энергетических установок (см.

 § 6.4) потребовала размещения специальных поверхностей нагрева — пароперег­ревателей. Так, к середине XX века оформилась принципиальная схема кон­струкции барабанного вертикально-водо­трубного котла с многократной естественной циркуляцией, имеющего эк­ранированную топку (рис. 18.2).

         Устройство современного парового котла. Одна из схем котла с естественной циркуляцией приведена на рис. 18.2. Ба­рабанный паровой котел состоит из то­почной камеры и газоходов, барабана, поверхностей нагрева, находящихся под давлением рабочей среды (воды, парово­дяной смеси, пара), воздухоподогревате­ля, соединительных трубопроводов и воз­духоводов.

         Топливо подается  к  горелкам     7   (рис. 18.2).   К   горелкам   подводится также воздух, предварительно нагретый  уходящими из котла газами в воздухоподогревателе 5. Топливовоздушная смесь, подаваемая горелками в топочную камеру (топку) 8 парового котла, сгорает, образуя высокотемпературный (примерно 1500 °С) факел, излучающий теплоту  на трубы 1, расположенные на внутрен­ней поверхности стен топки. Это испари­тельные поверхности нагрева — экраны. Отдав часть теплоты экранам, топочные газы с температурой около 1000 °С про­ходят через верхнюю часть заднего экра­на, трубы которого здесь разведены в два-три ряда, и омывают пароперегре­ватель 3. Затем продукты сгорания дви­жутся через водяной экономайзер, воз­духоподогреватель и покидают котел с температурой около 110—150^о С.

         Вода, поступающая в паровой котел, называется питательной. Она подогрева­ется в водяном экономайзере 4, забирая теплоту от продуктов сгорания (уходя­щих газов), экономя тем самым теплоту сожженого топлива. Испарение воды происходит в экранных трубах 1. Испа­рительные поверхности подключены к ба­рабану 2 и вместе с опускными трубами 10, соединяющими барабан с нижними коллекторами экранов, образуют цирку­ляционный контур. В барабане происхо­дит разделение пара и воды, кроме того, большой запас воды в нем повышает надежность работы котла. Сухой насы­щенный пар из барабана поступает в па­роперегреватель 3, перегретый пар на­правляется к потребителю.

         Все поверхности нагрева котла, в том числе и воздухоподогреватель, как пра­вило, трубчатые. Лишь некоторые мощ­ные паровые котлы имеют воздухоподог­реватели иной конструкции.

         Нижнюю трапециевидную часть топ­ки котельного агрегата называют холод­ной воронкой — в ней охлаждается вы­падающий из факела частично спекший­ся зольный остаток, который в виде шлака проваливается в специальное при­емное устройство. Газомазутные котлы не имеют холодной воронки.

         Газоход, в котором расположены во­дяной экономайзер и воздухоподогрева­тель, называют конвективным (конвективная шахта), в нем теплота передается воде и воздуху в основном конвекцией. Поверхности нагрева, встроенные в этот газоход и называемые также хвостовыми, позволяют снизить температуру продуктов сгорания от 500-700  после пароперегревателя почти до 100^оС, т. е. полнее использовать теплоту сжига­емого топлива.

         Вся трубная система и барабан котла поддерживаются каркасом, состоящим из колонн и поперечных балок. Топка и газоходы защищены от наружных теплопотерь обмуровкой — слоем огнеупор­ных и изоляционных материалов. С на­ружной стороны обмуровки стенки котла имеют газоплотную обшивку стальным листом с целью предотвращения присосов в топку избыточного воздуха и вы­бивания наружу запыленных горячих продуктов сгорания, содержащих ток­сичные компоненты. Для повышения на­дежности работы котла в ряде случаев движение воды и пароводяной смеси в циркуляционном контуре (барабан — опускные трубы — нижний коллектор — подъемные трубы — барабан) осуще­ствляется принудительно (насосом). Это — котлы с многократной принудительной циркуляцией.

         Одними из последних являются кон­струкции прямоточных котлов с принудительным — при помощи пита­тельного насоса — движением воды, па­роводяной смеси и перегретого пара. Для этих агрегатов необходимость в бараба­не отпадает, и он не устанавливается. По прямоточной схеме работают также практически все водогрейные котлы, не имеющие ни испарительных, ни перегре­вающих поверхностей. Основные схемы движения потока вода — пароводяная смесь — пар в современных котельных агрегатах показаны на рис. 18.3.

         В газоходах и топке котла за счет тяги специально устанавливаемого ды­мососа поддерживается разрежение. Оно не позволяет продуктам сгорания выби­ваться в атмосферу котельного цеха че­рез возможные неплотности обмуровки, через лючки и лазы.

         Паровые котлы оснащаются система­ми дистанционного управления и автома­тизации, обеспечивающими надежную, безопасную и экономичную их работу.

         На предприятиях страны установле­ны изготовленные отечественными заво­дами паровые котлы различных конструкций. Размеры паровых котлов также различны. Некоторые в собранном виде можно перевозить автомобильным транспортом; в то же время крупнейшие котлы тепловых электрических станций имеют высоту до 100 м.

         Наиболее крупными из выпускаемых в настоящее время котлов являются энергетические. Их паропроизводительность достигает 4000 т/ч, а мощность питающейся от них турбины может до­ходить до 1200 МВт, давление пара — до 25 МПа, температура перегретого па­ра — до 560 °С.

18.3. ПОВЕРХНОСТИ  НАГРЕВА КОТЛА

         Испарительные поверхности. Парогенерирующие (испарительные) поверхно­сти нагрева отличаются друг от друга в котлах различных систем, но, как пра­вило, располагаются в основном в топоч­ной камере и воспринимают теплоту из­лучения. Это — экранные трубы, а также устанавливаемый на выходе из топки не­больших котлов конвективный пучок труб (см. рис. 18.1).

         Экраны котлов с естественной цирку­ляцией, работающих под разрежением в топке, выполняются из гладких труб с внутренним диаметром 40—80 мм. Экраны представляют собой ряд параллельно включенных вертикальных подъемных труб, соединенных между собой коллекторами. Зазор между трубами обычно составляет 4—6 мм. Размеры топки и величину поверхности экранов рассчитывают таким образом, чтобы на выходе из топки температура продуктов сгорания не превышала температуру размягчения золы, иначе зола будет при­липать к деталям котла, расположенным за топкой, и забьет («зашлакует») путь для прохода газа.

         Пароперегреватели. Пароперегрева­тель предназначен для повышения тем­пературы пара, поступающего из испари­тельной системы котла. Его трубы (диа­метром 22—54 мм) могут располагаться на стенах или потолке топки и восприни­мать теплоту излучением — радиаци­онный пароперегреватель либо в ос­новном конвекцией — конвективный пароперегреватель. В этом случае трубы пароперегревателя располагаются в го­ризонтальном газоходе или в начале конвективной шахты.

         Температура перегретого пара долж­на поддерживаться постоянной всегда, независимо от режима работы и нагруз­ки котлоагрегата, поскольку при ее пони­жении повышается влажность пара в по­следних ступенях турбины, а при повы­шении температуры сверх расчетной по­является опасность чрезмерных термиче­ских деформаций и снижения прочности отдельных элементов турбины. Поддер­живают температуру пара на постоянном уровне с помощью регулирующих устройств — пароохладителей. Наиболее широко распространены пароохладители впрыскивающего типа, в которых регули­рование производится путем впрыскива­ния обессоленной воды (конденсата) в поток пара. Вода при испарении отни­мает часть теплоты у пара и снижает его температуру.

         Низкотемпературные поверхности нагрева. Низкотемпературными считают­ся поверхности, расположенные в конвективном газоходе и работающие при относительно невысоких температурах продуктов сгорания. К ним относятся водяные экономайзеры и воздухоподог­реватели. Основная цель их установки — максимальное использование теплоты уходящих из котла газов.

         Водяные экономайзеры, предназначенные для подогрева пита­тельной воды, обычно выполняют из стальных труб диаметром 28—38 мм, со­гнутых в вертикальные змеевики и ском­понованных в пакеты. Трубы в пакетах располагаются в шахматном порядке до­вольно плотно: расстояние между осями соседних труб поперек потока дымовых газов составляют 2—2,5 диаметра трубы, а между рядами — вдоль потока — 1 — 1,5. Крепление труб змеевиков и их дистанционирование осуществляются опорными стойками, закрепленными в большинстве случаев на полых (для воздушного охлаждения), изолирован­ных со стороны горячих газов балках каркаса

 (рис. 18.4).

         В экономайзере котлов высокого дав­ления до 20 % воды может превращать­ся в пар.

         Общее число параллельно работаю­щих труб выбирается исходя из скорости воды не ниже 0,5—1 м/с. Эти скорости обусловлены необходимостью смывания со стенок труб пузырьков воздуха, спо­собствующих коррозии, и предотвраще­ния расслоения пароводяной смеси, кото­рое может привести к перегреву слабо охлаждаемой паром верхней стенки тру­бы и ее разрыву. Движение воды в эко­номайзере обязательно восходящее; в этом случае имеющийся в трубах после монтажа (ремонта) воздух легко вытес­няется водой.

         Число труб в пакете в горизонталь­ной плоскости выбирается исходя из ско­рости продуктов сгорания 6—9 м/с. Ско­рость эта определяется стремлением, с одной стороны, получить высокие ко­эффициенты теплоотдачи, а с другой — не допустить чрезмерного золового изно­са. Коэффициенты теплопередачи при этих условиях составляют обычно не­сколько десятков Вт/(м² К). Для удоб­ства ремонта и очистки труб от наруж­ных загрязнений экономайзер разделяют на пакеты высотой 1—1,5 м с зазорами между ними до 800 мм.

         Наружные загрязнения с поверхно­сти змеевиков удаляются, например, пу­тем периодического включения в работу системы дробеочистки, в которой поток металлической дроби пропускается (па­дает) сверху вниз через конвективные поверхности нагрева, сбивая налипшие на трубы отложения. Налипание золы может быть следствием выпадения росы из дымовых газов на относительно хо­лодной поверхности труб, особенно при сжигании сернистых топлив (пары Н₂SО₃  конденсируются при более высо­кой температуре, чем  Н₂О). В теплоэнер­гетических установках питательная вода перед поступлением в котел обязательно подвергается регенеративному подогреву (см. §6.4), поэтому ни налипания золы, ни наружной коррозии (ржавления) труб вследствие выпадения росы в эконо­майзерах таких котлов не бывает.

         Верхние ряды труб экономайзера при работе котла на твердом топливе даже при относительно невысоких скоростях газов подвержены заметному износу золой. Для его предотвращения на эти трубы крепятся различного рода защит­ные накладки (обычно сверху вдоль тру­бы приваривают уголок).

         Воздухоподогреватели. По­скольку питательная вода перед эконо­майзером энергетических котлов имеет высокую температуру t_п.в.  после регенера­тивного нагрева (при р= 10 МПа, напри­мер, t_п.в. = 230 ^оС), глубоко охладить ухо­дящие из котла газы с ее помощью не­льзя. Для дальнейшего охлаждения га­зов после экономайзера ставят воздухо­подогреватель, в котором нагревают воз­дух, забираемый из атмосферы и идущий затем в топку на горение. При сжигании влажного угля нагретый воздух предва­рительно используется для его сушки в углеразмольном устройстве и транс­портировки полученной пыли в горелку.

         По принципу действия воздухоподог­реватели разделяются на рекуператив­ные и регенеративные. Рекуператив­ные— это, как правило, стальные труб­чатые воздухоподогреватели (диаметр трубок 30—40мм). Схема такого подо­гревателя приведена на рис. 18.5. Трубки в нем расположены обычно вертикально, внутри них движутся продукты сгорания; воздух омывает их поперечным потоком в несколько ходов, организуемых за счет перепускных воздуховодов (коробов) и промежуточных перегородок.

         Газ в трубках движется со скоростью 9—13м/с, воздух между трубками— вдвое медленнее. Это позволяет иметь примерно равные коэффициенты тепло­отдачи с обеих сторон стенки трубы.

Температуру стенок труб воздухопо­догревателя во избежание конденсации на них водяных паров из уходящих газов желательно поддерживать выше точки росы. Этого можно достичь предвари­тельным подогревом воздуха в паровом калорифере либо рециркуляцией части горячего воздуха.

         Регенеративный воздухопо­догреватель котла (рис. 18.6) пред­ставляет собой медленно вращающийся (3—5 об/мин) барабан (ротор) с набив­кой (насадкой) из гофрированных тон­ких стальных листов, заключенный в неподвижный корпус. Секторными плитами корпус разделен на две части – воздушную и газовую. При вращении ротора набивка попеременно пересекает то га­зовый, то воздушный поток. Несмотря на то, что набивка работает в нестационарном режиме, подогрев идущего сплошным потоком воздуха осуществляется непрерывно без колебаний температуры. Движение газов и воздуха — противоточное.

         Регенеративный воздухоподогреватель отличается компактностью

(до1 250 м² поверхности нагрева в 1 м³ на­бивки); он широко распространен на  мощных энергетических котлоагрегатах.  Недостатком его являются большие (до 10%) перетоки воздуха в тракт газов, что ведет к перегрузкам дутьевых вентиляторов и дымососов и увеличению потерь теплоты с уходящими газами.

         Все   описанные   тепловоспринимающие элементы котла (поверхности нагрева)  являются типичными теплообменни­ками, и расчет их ведется по формулам, приведенным  в  гл. 14.   Поверхность  на­грева рассчитывается по уравнению теп­лопередачи

                                                                                        (18.1)                                         

где k - коэффициент теплопередачи;  — среднеарифметическая разность температур продуктов сгорания и рабо­чей среды; B_PQ — количество восприня­той теплоты.

        Особенность расчета котлов состоит в том, что его принято осуществлять для 1 кг твердого и жидкого и 1 м³ газооб­разного топлива. В этом случае Q — теплота, отданная продуктами сгорания 1 кг (м³) топлива и равна разности эн­тальпий продуктов сгорания до (Н') и после (Н") рассматриваемой конвективной поверхности, т. е.

                                                    Q = Н' —Н"                                         (18.2)                                        

         Под  В_p  понимается расчетный расход топлива, т. е. его количество, действи­тельно сгоревшее в топке. Это же коли­чество теплоты передается в данной по­верхности рабочему телу (воде, пару, воздуху):

                                                                                   (18.3)                         

В этой формуле D — расход рабочего тела;  h_вх и     h_вых  —  энтальпии рабочего тела на входе в поверхность нагрева и выходе из нее, рассчитанные, как обычно, на 1 кг рабочего тела.

18.4. КОНСТРУКЦИИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ КОТЛОВ

         Барабанные котлы с естественной циркуляцией. На рис. 18.7 изображены газомазутный котел марки ТГМ-84Б про­изводительностью

 420 т/ч при давлении вырабатываемого пара 13,7 МПа (140 кгс/см²) и температуре 560 °С. Этот котел имеет сравнительно небольшие размеры (высота до оси барабана всего. 28,7м). Топка котла разделена на две симметричные камеры (полутопки) вер­тикальным, воспринимающим излучение с двух сторон (двусветным) экраном. Первая ступень пароперегревателя этого котла выполнена из трубных панелей, расположенных по всей высоте фронто­вой стены обеих полутопок, и является фронтовым экраном. Потолок также за­крыт сплошным рядом труб, образующих потолочный экран. Это — вторая часть пароперегревателя (радиационный пото­лочный пароперегреватель). Третьей ступенью пароперегревателя являются раз­реженные пакеты вертикальных змееви­ков, так называемые ширмы, располо­женные отчасти в топке и воспринимаю­щие излучением от горячих топочных газов значительную часть теплоты. По­следняя ступень — горизонтальные паке­ты труб в конвективном газоходе (конвективный пароперегреватель). В ре­зультате радиацией передается до 60 % всей теплоты, воспринимаемой паропе­регревателем.

         Боковые экраны в нижней части име­ют слабо наклоненные скаты к середине топки, образующие под. Во избежание перегрева обращенной к топке поверхно­сти почти горизонтальных подовых труб при возможном расслоении в них пароводяной смеси эти трубы имеют защитную обмуровку со стороны топки. В настоя­щее время этот котел снабжается либо четырьмя, либо шестью горелками боль­шой производительности. Малое число горелок упрощает обслуживание и ре­монт котла.

         Интересно крепление змеевиков конвективного пароперегревателя. Пакеты змеевиков опираются на стальные каме­ры (трубы), служащие опорными балка­ми. Сами камеры охлаждаются прокачи­ваемой через них питательной водой.

         Вся экранная система испарительных и пароперегревательных труб имеет воз­можность свободно удлиняться вниз.

         Для удаления с поверхности труб конвективной шахты отложений, образу­ющихся при сжигании мазута, использу­ется система дробеочистки. Поднимаемая пневмотранспортным устройством чугунная дробь выбрасывается затем в конвективную шахту и, падая, сбивает с труб накопившиеся отложения, кото­рые уносятся затем дымовыми газами.

         Вращающийся регенеративный воз­духоподогреватель устанавливается на индивидуальной опорной конструкции на некотором расстоянии от котла.

         Расход топлива котельным агрега­том — примерно 29 000 кг/ч мазута или 30 000 м³/ч природного газа. Температу­ра питательной воды 230 °С; КПД котла 92,5 %; температура горячего (после воздухоподогревателя) воздуха — около 300 °С; температура уходящих газов при работе на мазуте 130 ^оС, при работе на природном газе 120 °С.

         Основным типом паровых котлов ма­лой производительности, широко распространенных в различных отраслях про­мышленности, на транспорте, в комму­нальном и сельском, хозяйстве (пар используется для технологических и отопительно-вентиляционных нужд), а так­же на электростанциях малой мощности, являются вертикально-водотрубные кот­лы ДКВР производства Бийского котель­ного завода. Котлы этого типа выпускаются производительностью от 2,5 до 20 т/ч насыщенного или перегретого па­ра при давлении 1,4; 2,35 и 3,9 МПа и температуре до 440 °С. Котлы ДКВР являются унифицированными транспор­табельными и поставляются заказчику: малые—в собранном виде; повышенной производительности — тремя крупными блоками.

         ДКВР (рис. 18.8) —двухбарабанные котлы с естественной циркуляцией и эк­ранированной топочной камерой. Бара­баны расположены вдоль оси котла, между ними размещен коридорный пучок кипятильных труб. Движение топочных газов — горизонтальное с поперечным смыванием труб и поворотами. Повороты топочных газов обеспечиваются установ­кой перегородок, первая из которых вы­полнена из шамотного кирпича, вто­рая — из чугуна. Боковые экранные тру­бы верхними концами закреплены в верхнем барабане, нижние концы экранных труб приварены к нижним коллекторам. Передние опускные трубы, расположен­ные в обмуровке, являются также допол­нительной опорой верхнего барабана. Пароперегреватель, если он имеется, размещается вместо части труб кипя­тильного пучка (обычно первого газохо­да). Вход пара в пароперегреватель— непосредственно из барабана, выход — в коллектор, расположенный над пере­крытием топки.

         Температура уходящих из котла га­зов может достигать 400 °С. Поэтому за котлом часто устанавливают водяной экономайзер либо трубчатый воздухопо­догреватель. Это позволяет поднять КПД котла до 90,5 %.

         Водогрейные котлы. Водогрейные котлы предназначены для нагрева воды с целью отопления и использования ее для бытовых нужд. Обычно воду тепловой сети подогревают от 70-104 до150—170 °С.

 В последнее время имеется тенденция к повышению ее температуры до 180—220 °С. Столь высокий уровень нагрева воды позволяет передать потре­бителю достаточно большое количество теплоты относительно малым расходом воды. Котлы обычно работают по прямо­точной схеме с постоянным расходом во­ды, а количество передаваемой теплоты регулируется (в зависимости от погод­ных условий) температурой ее нагрева.

         Во избежание конденсации водяных паров из уходящих газов и связанной с этим наружной коррозии поверхностей нагрева температура воды на входе в ко­тел должна быть выше точки росы для продуктов сгорания. В этом случае тем­пература стенок труб в месте ввода воды также будет не ниже точки росы. Поэто­му температура воды на входе не должна быть ниже 60 °С при работе на природ­ном газе, 70 °С при работе на малосерни­стом мазуте и 110 °С при использовании высокосернистого мазута. Поскольку в теплосети вода может охлаждаться до температуры ниже 60 °С, перед входом в агрегат к ней подмешивается некоторое количество уже нагретой в котле (пря­мой) воды.

         На рис. 18.9 изображен общий вид газомазутного водогрейного котла типа ПТВМ-ЗОМ-4 теплопроизводительностью при работе на мазуте 41 МВт (35 Гкал/ч), хорошо зарекомендовавше­го себя в эксплуатации. Котел имеет П-образную компоновку и оборудован шестью газомазутными горелками (по три на каждой боковой стене) с мазутны­ми форсунками механического распыливания. Топочная камера котла полно­стью экранирована трубами диаметром 60 мм. Конвективная поверхность нагре­ва выполнена из горизонтальных труб диаметром 28 мм. Конвективная шахта также экранирована. Облегченная обму­ровка котла крепится непосредственно на трубы, опирающиеся, в свою очередь, на каркасную раму. Котлы этого типа, предназначенные для работы на мазуте оборудуются дробеочистительной уста­новкой.

            Циркуляционная схема котла приведена на рис.18.10. Вода подводится к фронтонному экрану топочной камеры,    выводится — из    бокового   экрана топки.

         Котлы-утилизаторы. Для использо­вания теплоты отходящих газов различ­ных технологических установок, в том числе и печей, применяются котлы-ути­лизаторы, вырабатывающие, как прави­ло, пар. При высоких температурах га­зов (более 900 °С) эти котлы снабжают­ся радиационными (экранными) поверх­ностями нагрева и имеют такую же ком­поновку, как и обычный паровой котел, только вместо топки — радиационная камера, в которую снизу входят газы. Воздухоподогреватель отсутствует, если нет необходимости в горячем воздухе для нужд производства. Газы сначала охлаждаются в радиационной камере, как в топке «обычного» котла. Большой свободный объем этой камеры позволяет иметь повышенную толщину излучающего слоя и, как следствие, повышенную степень черноты газов. Поэтому здесь преобладает передача теплоты из­учением.

         Первичное охлаждение газов в свободном от змеевиков объеме необходимо для затвердевания уносимых из печи расплавленных частиц шлака или технологического продукта до того, как они прилипнут к холодным змеевикам и затвердеют на них.

         Если отходящий из технологических установок газ не содержит горючих ком­понентов, то такой котел горелочных устройств не имеет. Эти котлы работают с естественной или принудительной цир­куляцией и имеют практически все детали описанных выше котельных агрегатов.

         При конструировании котлов, ис­пользующих тепловые отходы, следует учитывать содержащиеся в греющих га­зах агрессивные компоненты, например сернистые газы, поступающие из печей обжига серосодержащего сырья. При на­личии в подводимых к котлу технологи­ческих газах горючих составляющих ор­ганизуется их предварительное дожига­ние в радиационной камере, которая в этом случае фактически превращается в топку.

         При температурах газов ниже 900°С в котлах-утилизаторах обычно использу­ются только конвективные поверхности нагрева. Эти агрегаты радиационной ка­меры не имеют, а целиком выполняются из змеевиков.

         Так, в настоящее время выпускается серия унифицированных котлов типа КУ (КУ-125; КУ-100-1; КУ-80-3; КУ-60-2), устанавливаемых за печами заводов чер­ной металлургии. Первая цифра в мар­кировке означает максимальный часовой расход газов через котел (тыс. м³ при нормальных условиях). Температура га­зов на входе 650—850 °С. Параметры вырабатываемого пара: давление 1,8— 1,5 МПа и температура 365—385 °С. Паропроизводительность котла КУ-125, на­пример, составляет 27—41 т/ч. Все котлы  этой серии, как и большинство других змеевиковых утилизаторов, работают с  многократной принудительной цирку­ляцией воды через испарительные поверхности (Рис. 18.11). Вода, подогретая в водяном экономайзере 5, подается в барабан 3, откуда забирается циркуляционным насосом 2 и прокачивается че­рез испарительные змеевики 4. Затем па­роводяная смесь возвращается в бара­бан, где пар отделяется от воды. Вода вновь направляется в циркуляционный насос, а отсепарированный пар — в па­роперегреватель 1, который установлен в зоне повышенной температуры газов.

         18.5. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПАРОВОГО КОТЛА. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

          Тепловой баланс котла, как и любого теплотехнического агрегата, характери­зуется равенством между количествами подведенной (располагаемой) и расходу­емой теплоты:  Q_{при х}  =  Q_расх .  Обычно теп­ловой баланс составляют на единицу ко­личества сжигаемого топлива 1 кг твер­дого или жидкого, либо 1 м³ газообраз­ного топлива, взятый при нормальных условиях. С учетом этого и пренебрегая физической теплотой топлива и холодно­го воздуха, можно считать

                                                                                        (18.4)                                 

Здесь   Q^r_i — низшая   теплота   сгорания единицы топлива в рабочем состоянии.

         Часть теплоты, затрачиваемая на подогрев, испарение воды и перегрев пара, составляет использованную теплоту Q₁, остальное – потери. В итоге уравнение теплового баланса котла будет иметь вид

                                     Q_i^r  = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅,                   (18.5)

где   Q_2,  Q₃ , Q_4, Q₅  — потери теплоты со­ответственно с уходящими газами, от хи­мической неполноты сгорания топлива, от механического недожога, через ограждения топки и конвективных газо­ходов.

         В процентах от располагаемой тепло­ты  Q_i ^r  тепловой баланс может быть за­писан так (см. § 17.1) :

                             100 = q₁    +     q₂    +    q₃   +   q₄   +   q₅                   (18.6)

                                                           

         Тепловой баланс парового котла с обозначением основных составляющих приходной и расходной частей приведен на схеме рис. 18.12. Замкнутый контур на рисунке представляет теплоту горячего воздуха Q_гв, забираемую от продуктов сгорания при относительно низкой темпе­ратуре и передаваемую в топку.

         Доля теплоты, использованной в ко­тельном агрегате (переданной воде и па­ру), есть коэффициент полезно­го действия котла брутто    (так называют КПД, подсчитанный без учета затрат энергии на собственные нужды).

         Таким образом,

                                                                                 (18.7)

 Или

                                          η_к = 100 – (q₂ +  q₃ + q₄ + q₅ )               (18.8)

                  

                                                          

Теплота Q₁, воспринятая водой и па­ром в котле, может быть определена из уравнения

                                                                             (18.9)

                                                                                                                                                                     

Здесь h_{п е} и h_п.в  — энтальпии перегретого пара и питательной воды.

         Рассматривая выражение (18.9) со­вместно с (18.7), нетрудно получить фор­мулу для расчета расхода топлива, В

                                                          

                                                                                (18.10)                                                                                                        

Информация в лекции "8 Профилактические технологии наркомании в образовательной среде" поможет Вам.

Величина  взята здесь в долях единицы.

          По формуле (18.7) КПД котла под­считывают по данным балансовых испы­таний (прямой баланс), позволяющих точно измерить расход топлива в устано­вившемся (стационарном) режиме рабо­ты. Поэтому испытанию котла должна предшествовать длительная его работа с постоянной нагрузкой, при которой и проводится испытание. Формула (18.8), называемая формулой обратного баланса, используется в расчетах про­ектируемого котла. При этом каждая из составляющих q_i принимается по реко­мендациям [16], разработанным на ос­нове многократных испытаний котлов в условиях, аналогичных проектным. Эта формула используется также в случаях, когда не представляется возможным точ­но замерить расход топлива. Современ­ные котлы являются довольно совершен­ными агрегатами; их КПД превышает 90%.

         18.6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ  СХЕМА КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

         Схема котла, работающего на пыле­видном угле, приведена на рис. 18.13. Топливо с угольного склада после дроб­ления подается конвейером в бункер сырого угля, из которого направ­ляется в систему пылеприготовления, имеющую углеразмольную мельницу 2. Воздухом, нагнетаемым специальным вентилятором 3, пылевидное топливо транспортируется по трубам к горел­кам 4 топки котла 5, находящегося в ко­тельной 6. К горелкам подводится также дополнительный — вторичный воздух, обеспечивающий полное сжигание топ­лива. Он подается дутьевым вентилято­ром 9 через воздухоподогреватель котла. Вода для питания котла нагнетается пи­тательным насосом 8 из бака питатель­ной воды 7, имеющего деаэрационное устройство.

         Уходящие из котла газы очищаются от золы в золоулавливающем устрой­стве 10 и дымососом  11выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 12. Уловленная из дымовых газов пылевид­ная зола и выпавший в нижнюю часть топки шлак удаляются, как правило, в потоке воды по каналам, а затем обра­зующаяся пульпа откачивается специ­альными багерными насосами 13 и уда­ляется по трубопроводам. Однако в свя­зи с тем что зола может использоваться для нужд строительства, например как инертная добавка в бетон (а для этой цели она должна выводиться из котель­ной в сухом виде), в последнее время интенсивно внедряется транспорт золы в сухом виде — обычно с помощью воз­душного потока.

Как уже указывалось в § 18.1, устройства, перечисленные выше и обес­печивающие нормальную работу котла, но не являющиеся его составными частя­ми, относятся к вспомогательному обору­дованию котельной установки.