Полл. Курс лекций. Общие сведения из теплотехники
 Скачать 4.53 Mb.
|
|
Воздушные форсунки в зависимости от давления воздуха для распыления подразделяются на высоко- и низконапорные. В высоконапорных форсунках используется воздух с избыточным давлением кгс/см 2 , затрата воздуха 0,6–1 кг на 1 кг мазута, что составляет % воздуха, необходимого для полного сгорания мазута. Воздух подается компрессором, который усложняет и удорожает обслуживание и снижает эксплуатационные показатели. В низконапорных форсунках давление воздуха, который подается вентилятором, составляет 200–300 мм вод. ст. и почти весь воздух, необходимый для горения, поступает через форсунку. Существенным недостатком работы котлов на мазуте является загрязнение поверхностей нагрева котла, которое вызывает ухудшение условий теплопередачи по сравнению с работой на природном газе. Коэффициент избытка воздуха при сжигании мазута также несколько выше, чем при сжигании природного газа, что приводит к некоторому снижению КПД котла. Температура подогрева мазута для форсунок различного типа, приведена в табл. Таблица Температура подогрева мазута, С ?? ? ? ? ? ? ? ? ? КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Основные понятия о технологии производства тепловой энергии в котельных Современная котельная установка представляет собой сложное техническое сооружение и состоит из котла и вспомогательного котельного оборудования, размещенного в помещении котельной или вне ее границ и предназначенного для производства пара с необходимыми параметрами или для подогрева горячей воды, или того и другого одновременно. В состав котла входят топка, пароперегреватель, водяной эко- номайзер, воздухоподогреватель, обмуровка, каркас с лестницами и площадками, а также арматура и гарнитура. К вспомогательному оборудованию относятся тягодутьевые и питательные устройства, оборудование водоподготовки, топливопо- дачи, а также контрольно-измерительные приборы и системы авто- матизации. Технологический процесс получения пара осуществляется в следующей последовательности. Топливо при помощи горелочных устройств вводится в топку, где и сгорает. Воздух, необходимый для сгорания топлива, подается в топку дутьевым вентилятором или подсасывается через колосниковую решетку – при естественной тяге. Для улучшения процесса сгорания топлива и повышения экономичности работы котла воздух перед подачей в топку может предварительно подогреваться дымовыми газами в воздухоподогревателе. Дымовые газы, отдав часть своего тепла радиационным поверхностям нагрева, размещенным в топочной камере, поступают в конвективную поверхность нагрева, охлаждаются и дымососом удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Сырая водопроводная вода проходит через катионитовые фильтры, умягчается и далее поступает в деаэратор, где из нее удаляются коррозионно-активные газы (О и СО) истекает в бак деаэрованной воды. Из бака питательная вода забирается питательным насосом и подается в паровой котел. Пройдя по поверхностям нагрева, вода нагревается, испаряется и собирается в верхнем барабане. Из котла пар направляется в об- щекотельный паровой коллектор и затем подается потребителям. По назначению котельные установки разделяются на отопительные, производственно-отопительные и энергетические. Тепловой баланс котла При сжигании топлива в котле не все количество тепла, которое выделилось в топке, полезно используется для нагрева воды или получения пара. Часть тепла теряется с уходящими из котла газами, с химическими механическим недожогом и пр. Основная задача при эксплуатации котла заключается в снижении этих потерь до мини- мума. Тепловым балансом котла называется равенство введенного в котел тепла и использованного, которое складывается из полезно использованного тепла, пошедшего на выработку пара (горячей воды, и тепловых потерь, возникающих в процессе работы котельной установки. Тепловой баланс составляется на 1 кг твердого (жидкого) топлива или 1 м газообразного топлива. Упрощенный тепловой баланс котла записывается в виде урав- нения: при сжигании твердого топлива, кДж/кгЧт Q P H = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + при сжигании жидкого и газообразного топлива, кДж/кг(м 3 )Чт Q P H = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 5 Если обе части уравнений разделить на Q P H и умножить на то получим уравнения баланса, выраженные в процентах = q 1 + q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 , 100 = q 1 + q 2 + q 3 + В формулах Q 1 ; q 1 – полезно использованное тепло. Потери тепла q 2 – с уходящими дымовыми газами q 3 – от химической неполноты сгорания q 4 – от механической неполноты сгорания Q 5 ; q 5 – через наружные ограждения обмуровки в окружающую среду q 6 – с физическим теплом шлака. Коэффициент полезного действия – полезно использованное в котле тепло = q 1 = 100 – q 2 – q 3 – q 4 – q 5 – q 6 ; h = q 1 = 100 – q 2 – q 3 – КПД котла зависит от величины тепловых потерь: чем потери меньше, тем КПД выше. Значение КПД может находиться в пределах h = 0,93 – 0,7 (93–70 %), а величина тепловых потерь для котлов малой мощности составляет q 2 = 12–15 %; q 3 = 2–7 %; q 4 = 1–6 %; q 5 = 0,4–3,5 %; q 6 = 0,5–1,5 Общие сведения о котлах Паровым котлом называется устройство, в котором для получения пара или нагревания воды с давлением выше атмосферного, используемых вне пределов устройства, применяется тепло, выделяемое при сжигании топлива, а также тепло отходящих газов. Водогрейным котлом называется устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для нагревания воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне самого устройства. В котел входят (рис. 27): топка, поверхности нагрева, паропе- регреватель, экономайзер, воздухоподогреватель, каркас с лестницами и площадками для обслуживания, обмуровка, газоходы, арматура и гарнитура. Топка предназначена для сжигания топлива и передачи полученного при этом тепла теплоносителю, который нагревается в поверхностях нагрева, покрывающих стены топки Поверхности нагрева – элементы котла, в которых происходит передача тепла от факела и продуктов сгорания теплоносителю (вода, пар). Различают радиационную поверхность, которая получает тепло преимущественно излучением и конвективную поверхность, которая получает тепло в основном конвекцией Площадь поверхностей нагрева котлов измерятся в м 2 Радиационными поверхностями называются экраны, размещенные на стенках топки. В зависимости от размещения в топке, различают фронтовые, боковые, задние и потолочные экраны. Двухсторонними (двухсветными) называются экраны в виде ряда труб, которые размещены в топочном пространстве и обогреваются с двух сторон (например, в водогрейных котлах ТВГ). 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 15 Рис. 27. Примерная компоновка элементов котла – горелка 2 – боковой экран 3 – фронтовой экран 4 – подвод газа воздухопровод 6 – опускные трубы 7 – каркас 8 – барабан котла подвод воды 10 – выход пара 11 – пароперегреватель; 12 – змеевиковый экономайзер; 13 – газоход 14 – трубчатый возду- хоподогреватель; 15 – задний экран 16 – регулятор перегрева пара 53 Газоходы – каналы, образованные обмуровкой котла, шамотными или чугунными перегородками и предназначенные для направления продуктов сгорания топлива и размещения поверхностей нагрева. Котельный пучок – группа труб конвективной поверхности нагрева, вваренных или ввальцованных в общие коллекторы или барабаны. Внутренняя часть парового котла, заполненная водой, называется водяным объемом, а часть, которая заполнена паром, называется паровым объемом Поверхность кипящей воды в верхнем барабане называется зеркалом испарения При работе котла зеркало испарения не должно выходить заграницы установленных верхнего и нижнего допустимых уровней. Пароперегреватель – устройство, предназначенное для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле. К хвостовым поверхностям нагрева относятся экономайзер и воздухоподогреватель, в которых используется тепло уходящих дымовых газов. Экономайзером называется устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для подогрева или частичного испарения воды, поступающей в паровой котел. Воздухоподогреватель – устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для подогрева воздуха, поступающего в топку на горение. Каркас – металлическая конструкция из колонн, балок и связей, которые установлены на фундаменте и предназначены для соединения и крепления элементов котла. Обмуровка – внешнее изоляционное защитное ограждение котла. Классификация котлов Котлы различаются последующим признакам: по назначению – отопительные, производственно-отопительные, энергетические; по материалу конструкций – чугунные и стальные; по характеру теплоносителя, который вырабатывается – паровые и водогрейные; по аэродинамическому режиму топки – с разрежением и наддувом; по перемещению продуктов сгорания и воды – газотрубные (жаротрубные и с дымогарными трубами, в которых газы движутся внутри труб водотрубные, в которых вода или пароводяная смесь движутся внутри труб водотрубно-газотрубные; по конструктивным особенностям – цилиндрические, горизон- тально-водотрубные, вертикально-водотрубные; по характеру циркуляции рабочего тела – с естественной или принудительной циркуляцией; по транспортабельности – стационарные и передвижные Нагрев воды в котельных, где установлены только паровые котлы, осуществляется в водоподогревателях (бойлерах за счет тепла пара, который поступает из паровых котлов. Паровой котел, в барабане которого размещено устройство для нагревания воды, используемой вне самого котла, а также паровой котел, в естественную циркуляцию которого включен отдельно стоящий бойлер, называют котлом-бойлером. Паровой или водогрейный котел без топки или стопкой для дожигания газов, в котором в качестве источника тепла используются горячие газы технологических или металлургических производств или других технологических процессов, называется котлом-утили- затором. По принятой в данное время маркировке паровые стационарные котлы в соответствии со схемой циркуляции в них теплоносителя имеют следующие буквенные обозначения: Е – с естественной циркуляцией; Еп – с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом пара; ПР – с многократной принудительной циркуляцией; П – прямоточный; Пп – прямоточный с промежуточным перегревом пара; Кп – скомбинированной циркуляцией и промежуточным перегревом пара. К обозначению котла цифрами добавляют: паропроизводительность, т/ч; абсолютное давление, кгс/см 2 ; индекс топки буквами (Г – газ, М – мазут, если топка под наддувом буква н; температуру перегрева пара показывают цифрами в скобках. Например: Е-10-14Г; Е-25-14ГМ; Еп-16-14ГМ (250). Водогрейные котлы теплопроизводительностью 4–180 Гкал/ч обозначают буквами КВ. К обозначению добавляют: вид сжигаемого топлива – буквами; теплопроизводительность, Гкал/ч (МВт) – цифрами; температуру нагретой воды, С – цифрами. Например: КВ-Г-6,5-150; КВ-ГМ-10-150. Топки котлов Топкой или топочным устройством называется часть котла, предназначенная для сжигания топлива с целью преобразования его химической энергии в тепло (рис. 28). Это может быть камера с колосниками или без них, зольник, устройство для подачи топлива и воздуха и для удаления шлака. Топка должна обеспечить полное и устойчивое сгорание топлива с малыми потерями тепла. В топке происходит теплоотдача излучением (радиацией) к экранам. По способам сжигания топлива топки подразделяются на слоевые и камерные. Слоевые топки предназначены для сжигания твердого кускового топлива, камерные – для сжигания пылевидного, твердого, жидкого и газообразного топлив. В слоевых топках твердое топливо сжигается на колосниковой решетке. В зависимости от расположения топки по отношению к котлу различают внутренние, нижние и выносные топки. Внутренними топками называются топки, которые полностью или почти полностью ограничены поверхностями нагрева, которые воспринимают значительную часть излучаемого тепла. Во внутренних топках успешно сжигается высококалорийное топливо – природный газ и мазут. Нижними топками называются топки, которые находятся под котлами, главным образом горизонтально-водотрубными и верти- кально-цилиндрическими. В этих топках можно сжигать топливо всех видов, за исключением очень влажных. Выносные топки применяются для сжигания твердого топлива с большой влагой (дрова, торф) и размещаются впереди котла. Все слоевые топки по способу загрузки топлива и обслуживания подразделяются наручные, полумеханические и механические. В камерных топках отсутствует колосниковая решетка. Топочный объем представляет собой призматическую камеру, близкую к параллелепипеду. Сточки зрения аэродинамики камерные топки подразделяются на факельные и вихревые (циклонные). Факельный метод сжигания характеризуется беспрерывным движением топлива вместе с воздухом и продуктами сгорания в топке. 1 а 2 3 4 4 5 1 1 8 7 9 6 б в Рис. 28. Схема организации топочных процессов: а – слоевая топка б – факельная топка в – вихревая топка – подвод воздуха 2 – колосниковая решетка 3 – слой топлива – топочная камера 5 – подвод пылевидного топлива (аэропыли); 6 – подвод вторичного воздуха 7 – камера сгорания 8 – бункер топлива 9 – выход продуктов сгорания Вихревой метод сжигания основан на транспортирующей способности вихря. Вихревые топки еще называются циклонными. В котлах экономически оптимальной температурой продуктов сгорания на выходе из топки является: при сжигании зольных пород (торф, сланец) 950–1 000 °С; каменные угли и антрациты 1 100–1 200 °С; жидкое и газообразное топливо 950–1 200 °С. Экономичность работы топок оценивается рядом характеристик, которые зависят от типа топок, марки и сорта топлива, способа его сжигания. К ним относятся: нагрузка или тепловая мощность – это количество тепла, которое образуется при сжигании определенного количества топлива за единицу времени (МДж/с или МВт); объемная тепловая нагрузка топки – это отношение нагрузки к активному объему топочной камеры, для различных топок она равна МВт/м 3 ; потери тепла (химический и механический недожог, потери в окружающую среду). Тяга, дутье и тягодутьевые устройства котлов Для нормальной работы котла необходимо беспрерывно подавать в топку воздух в необходимом количестве и отводить по газохо- дам в атмосферу продукты сгорания топлива. Внешняя принудительная сила, которая заставляет воздух поступать в топку, а газообразные продукты сгорания двигаться по газо- ходами по дымовой трубе, называется силой тяги Отношение силы тяги к площади сечения дымовой трубы называется тягой. Различают естественную и искусственную тягу. Естественная тяга возникает за счет дымовой трубы (риса искусственная создается дымососом. Действие дымовой трубы основано на законе сообщающихся сосудов. Столб атмосферного воздуха давит снизу на колосниковую решетку. Топочная камера, газоходы котла и дымовая труба являются системой сообщающихся сосудов. Пока температура воздуха в котельной и дымовой трубе одинакова, в этой системе будет сохраняться равновесие. Во время работы котла в дымовой трубе находятся горячие газообразные продукты сгорания (t = 130–400 Си равновесие в этой системе нарушается. Дымовые газы, которые находятся в дымовой трубе, значительно легче, чем окружающий воздух. Столб наружного воздуха, как более тяжелый, вытесняет столб газообразных продуктов сгорания в дымовой трубе и выталкивает их в атмосферу Вследствие этого возникает беспрерывное движение воздуха и дымовых газов в котле. Естественная тяга тем больше, чем ниже температура и выше давление атмосферного воздуха, выше температура продуктов сгорания в дымовой трубе и больше высота дымовой трубы. Дымовые трубы выполняются стальными, кирпичными и железобетонными (рис. 30, Столб наружного воздуха Ст олб горячих продуктов сгорания Наружный воздух выше дымовой трубы Рис. 29. Схема естественной тяги Рис. 30. Металлическая дымовая труба – цоколь 2 – цокольная плита – растяжка 4 – кольца Рис. 31. Кирпичная дымовая труба – цоколь трубы – труба 3 – футеровка громоотвод Стальные трубы имеют высоту не более 35 м. Кирпичные трубы (высота дом) выкладываются из строительного кирпича, а при высоких температурах продуктов сгорания внутри футеруются огнеупорной глиной. Железобетонные трубы строятся высотой 100 ми более. Высота дымовой трубы определяется необходимой тягой или санитарными требованиями к выбросу продуктов сгорания. Давление в топочной камере и по газоходам ниже атмосферного и поэтому называется разрежением. Разрежение на выходе из топки поддерживается равным от 1 до мм вод. ст. (10–50 Па. У основания дымовой трубы разрежение составляет: с естественной тягой – 1–3 мм вод. ст. (10–30 Пас искусственной тягой – 10–20 мм вод. ст. (1–2 кПа). Это объясняется тем, что газообразные продукты сгорания теряют часть своего давления по мере их прохождения по газоходам к дымовой трубе. Если топка имеет значительную высоту, то вследствие заполнения ее газообразными продуктами сгорания с высокой температурой топка действует как дымовая труба, те. в ней развивается естественная тяга. Благодаря этому в верхней части топки устанавливается разрежение меньшее, чем в нижней ее части. В некоторых случаях в верхней части топки возникает давление больше атмосферного. Это приводит к выбиванию пламени и газов из топки, что недопустимо. Регулирование естественной тяги осуществляется с помощью шиберов, которые устанавливаются на газоходах котла, а искусственной с помощью осевого направляющего аппарата дымососа. Для измерения тяги используются специальные приборы – |