Технологическое оборудование производства тепловой энергии
4 Технологическое оборудование производства тепловой энергии
Основным тепловым агрегатом любой теплоэлектростанции (ТЭС) является паровой котел. Паровой котел представляет собой системы поверхностей нагрева для производства пара из непрерывно поступающей в него воды путем использования теплоты, выделяющейся при сжигании топлива, которое подается в топку вместе с необходимым для горения воздухом. Поступающую в паровой котел воду называют питательной водой. Питательная вода подогревается до температуры насыщения, испаряется, а выделившийся из кипящей (котловой) воды насыщенный пар перегревается.
При сжигании топлива образуются продукты сгорания, которые на поверхностях нагрева отдают теплоту воде и пару, называемой рабочим телом. После поверхностей нагрева продукты сгорания при относительно низкой температуре удаляются из котла через дымовую трубу в атмосферу. В результате горения твердого топлива остаются зола и шлак, которые также удаляются из котла.
В число устройств и механизмов, обеспечивающих работу парового котла, входят: топливоприготовительные устройства; питательные насосы (подающие в котел питательную воду); дутьевые вентиляторы (подающие воздух для горения); дымососы (для отвода продуктов сгорания через дымовую трубу в атмосферу) и др. Паровой котел и весь комплекс перечисленного оборудования составляют котельную установку. Современная мощная котельная установка представляет собой сложное техническое сооружение для производства пара, в котором все рабочие процессы полностью механизированы.
4.1 Классификация паровых котлов
В соответствии с законами фазового перехода получение перегретого пара характеризуется последовательным протеканием следующих процессов: подогрева питательной воды до температуры насыщения, парообразования и перегрева насыщенного пара до заданной температуры. Эти процессы имеют четкие границы протекания и осуществляются в трех группах поверхностей нагрева. Подогрев воды до температуры насыщения происходит в экономайзере, образование пара - в парообразующей (испарительной) поверхности нагрева, перегрев пара - в пароперегревателе.
В целях непрерывного отвода теплоты и обеспечения нормального температурного режима металла поверхностей нагрева рабочее тело в них - вода в экономайзере, пароводяная смесь в парообразующих трубах и перегретый пар в пароперегревателе - движется непрерывно.
Различают паровые котлы с естественной циркуляцией, с принудительной циркуляцией и прямоточные.
Рекомендуемые материалы
4.2 Технологическая схема производства пара
В отечественной энергетике наиболее широкое распространение получили паровые котлы с П-образным профилем (рис.4.1).
Рисунок 4.1 - Схема барабанного котла с естественной циркуляцией: 1 - топочная камера; 2 - топочные экраны; 3 -горелки; 4 - опускные трубы; 5 - барабан; 6 - радиационный пароперегреватель; 7 - конвективный пароперегреватель; 8 - пароперегреватель; 9 - экономайзер; 10 - конвективный газоход; 11 - воздухоподогреватель
Это две вертикальные призматические шахты, соединенные вверху горизонтальным газоходом. Первая шахта является топочной камерой. В зависимости от мощности агрегата и сжигаемого топлива ее объем колеблется в широких пределах - от 1000 до 30000 м3 и более. В топочной камере по всему периметру и вдоль всей высоты стен обычно располагаются трубные плоские системы - топочные экраны.
Вторая вертикальная шахта и соединяющий ее с топочной камерой горизонтальный газоход служат для размещения поверхностей нагрева, получающих теплоту конвекцией и потому называются конвективными газоходами, а сама вертикальная шахта-конвективной шахтой.
После отдачи теплоты топочным экранам продукты сгорания покидают топку при температуре 900-12000С (в зависимости от вида топлива) и поступают в горизонтальный газоход.
По мере движения в трубах топочных экранов вода превращается в пар.
Питательная вода содержит примеси. В процессе парообразования увеличивается содержание пара, концентрация примесей возрастает. При достижении определенных концентраций в конце зоны парообразования на внутренней поверхности труб образуются отложения в виде накипи. Теплопроводность отложений в десятки раз меньше теплопроводности металла, из которого выполнены поверхности нагрева. Это ухудшает теплопередачу к рабочей среде и при интенсивном обогреве в топочной камере приводит к перегреву металла труб, снижению прочности и разрыву под действием внутреннего давления рабочей среды.
Из конвективного пароперегревателя перегретый пар заданных параметров (давления и температуры) направляется в турбину. Частично отработавший в турбине пар снова направляют в паровой котел для вторичного (промежуточного) перегрева до температуры, обычно равной температуре пара, выдаваемого основным пароперегревателем. Этот пароперегреватель получил название промежуточный.
На выходе из промежуточного пароперегревателя продукты сгорания имеют еще высокую температуру (500-6000С) и поэтому содержащуюся в них теплоту утилизируют в конвективном экономайзере. В него поступает питательная вода, которая подогревается до температуры, меньшей температуры насыщения. За экономайзером температура продуктов сгорания составляет 300-4500С и более. Дальнейшая утилизация теплоты осуществляется в следующей конвективной поверхности нагрева для подогрева воздуха - воздухоподогревателе. Воздухоподогреватель представляет собой систему вертикальных труб, через которые проходят продукты сгорания, а между трубами - нагреваемый воздух. Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель (холодный воздух) 30-600С, на выходе (горячий воздух) 250-4200С в зависимости от топлива и способа его сжигания.
При сжигании твердого топлива в пылевидном состоянии горячий воздух делят на два потока. Первичный воздух служит для подсушки топлива при размоле и транспорта готовой топливной пыли через горелки в топочную камеру. Температура топливно-воздушной смеси 70-1300С. Вторичный воздух поступает через горелки в топку непосредственно (минуя мельничную систему) при температуре за воздухоподогревателем.
После воздухоподогревателя продукты сгорания имеют уже достаточно низкую температуру (110-1600С). Дальнейшая утилизация теплоты этих продуктов сгорания экономически нецелесообразна, и их выбрасывают дымососом через дымовую трубу в атмосферу. Они получили название - уходящие газы.
В результате сжигания топлива остается зола, которая в основной массе уносится продуктами сгорания. Ее улавливают в золоуловителе, размещаемом перед дымососом. Этим предотвращаются абразивный износ дымососов и загрязнение атмосферы золой. Уловленная зола удаляется устройствами золоудаления. Часть золы выпадает в нижнюю часть топки.
4.3 Котельные установки и их оборудование
Комплекс оборудования, предназначенный для превращения энергии горения топлива в тепловую энергию, выдаваемую потребителю в виде воды с высокой температурой или водяного пара, называются котельной установкой.
С целью обеспечения стабильной и безопасной работы котельной установки ее снабжают дополнительным оборудованием: тягодутьевые установки (вентилятор, дымосос, дымовая труба) для подачи воздуха в топки и удаления продуктов сгорания из котлоагрегата; золоулавливающее устройство для очистки продуктов сгорания от золы с целью охраны окружающей атмосферы от загрязнения; питательные насосы для подачи воды в котлоагрегат; оборудование для сушки и размола топлива. Кроме того, котельная установка имеет дополнительное вспомогательное оборудование, обеспечивающее нормальную ее эксплуатацию. К такому оборудованию относятся устройства для подачи топлива к установке, устройство для удаления шлака, золы, система водоподготовки для котлов, т.е. обработки воды с целью удаления из нее растворимых солей и газов.
Котельные установки, снабжающие паром турбины тепловых электростанций, называют энергетическими. Для снабжения паром производственных потребителей и отопления зданий в ряде случаев создают специальные производственные и отопительные котельные установки.
К отопительным котельным, которые, как правило, бывают водогрейными (но могут быть и паровыми) - относятся котельные, обслуживающие системы отопления и работающие вследствие этого лишь в течение отопительного периода.
Отопительно-производственные котельные (обычно только паровые) вырабатывают тепло не только для целей отопления, но и для вентиляции, горячего водоснабжения и технологических процессов.
Технологическое котельное оборудование может все находиться в здании или частично располагаться вне его. В зависимости от этого котельные подразделяются на закрытые, в которых все оборудование находится в здании, полуоткрытые, в которых часть вспомогательного оборудования располагается снаружи, и открытые, в которых под укрытием находятся только зоны обслуживания котлов.
4.4 Потери тепла
Потеря тепла с уходящими газами является наибольшей из всех тепловых потерь. Величина их составляет в крупных агрегатах 4-8%, а в мелких котлах - 10-20%. Эта потеря имеет место потому, что продукты сгорания топлива оставляют агрегат при высокой температуре (в крупных агрегатах 115-1500С, в мелких - еще выше).
Для уменьшения потерь, соответственно увеличения КПД, необходимо глубокое охлаждение газов в агрегате. Предел целесообразной глубины охлаждения продуктов сгорания определяется технико-экономическими расчетами, так как при слишком глубоком охлаждении газов сильно растут необходимые размеры тепловоспринимающей поверхности нагрева. В крупных котлоагрегатах при сжигании сухих топлив температура уходящих газов составляет 115-1300С.
Потеря тепла от химической неполноты сгорания определяется суммарной теплотой сгорания продуктов неполного горения, содержащихся в уходящих газах. Как уже отмечалось, при налаженном процессе сжигания в продуктах горения не может быть заметного количества окиси углерода.
Вам также может быть полезна лекция "19 Механическая обработка".
Причиной возникновения этих потерь чаще всего бывает неудовлетворительное использование кислорода вследствие несовершенного перемешивания топлива с воздухом и неудовлетворительной аэродинамики топки. Кроме того, могут быть и другие причины: недостаточное общее количество подводимого воздуха, низкая температура топки и т.п. В топках рациональной конструкции при нормальной их эксплуатации величина потерь составляет менее 1%.
Потеря тепла от механической неполноты сгорания при сжигании твердого топлива происходит тогда, когда удаляемый из топки шлак в провал, а также уносимая в газоходах летучая зола содержит некоторое количество горючих веществ (углерода).
Величина потерь зависит от свойств топлива (зольности, выхода летучих веществ, спекаемости), типа топки (камерная, слоевая, механическая, ручная), режима процесса сжигания и колеблется в широких пределах - от 1-2% для крупных камерных топок до 10-15% в мелких установках.
Потеря тепла от наружного охлаждения обусловлена тем, что наружная поверхность обмуровки котлоагрегата и изоляции его деталей имеют более высокую температуру, чем воздух и стены котельной. Потеря тем меньше, чем больше единичная производительность агрегата. Для данного агрегата потеря уменьшается с ростом степени его нагрузки.
Для мощных энергетических котлоагрегатов величина потерь мала и составляет доли процента (0,2-0,3%). В мелких установках может достигать значений 3-4%.
Потеря с физическим теплом шлака в большинстве случаев невелика.
