Котельные установки. Котельные Экзамен. 1. Устройство паровых котлов. Паровой котёл
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
1.Устройство паровых котлов. Паровой котёл — устройство, которое используется в быту и промышленности. Оно предназначено для превращения воды в пар. Паровой котёл представляет собой ёмкость, внутри которой нагретая вода испаряется и образует пар. Как правило — это труба различного размера. Кроме трубы с водой, в котлах имеется топочная камера (в ней сгорает топливо). Конструкция топки определяется видом топлива, для которого сконструирован котёл. Если это твёрдый уголь, дрова, то внизу топочной камеры есть колосниковая решётка. На ней располагают уголь и дрова. Снизу через колосники в топочную камеру проходит воздух. Для эффективной тяги (движения воздуха и горения топлива) вверху топки устраивают дымоход. Если энергоноситель — жидкий или газообразный (мазут, газ), то в топочную камеру вводят горелку. Для движения воздуха также делают вход и выход (колосниковую решётку и дымоход). Горячий газ от сгорания топлива поднимается к ёмкости с водой. Он нагревает воду и выходит через дымоход. Нагретая до температуры кипения вода начинает испаряться. Пар поднимается вверх и поступает в трубы. Так происходит естественная циркуляция пара в системе. Паровые котлы классифицируют по нескольким признакам. По виду топлива, на котором они работают: газовые; угольные; мазутные; электрические. По предназначению: бытовые; промышленные; энергетические; утилизационные. По конструктивным особенностям: газотрубные; водотрубные. 2.Водяные экономайзеры. Устройство и принцип работы. Водяные экономайзеры – устройства, предназначенные для подогрева воды или воздуха в котельной установке с помощью тепла уходящих продуктов сгорания топлива, которые для лучшего теплообмена двигаются сверху вниз, а вода – снизу вверх. Экономайзер повышает КПД котельной установки. Область применения экономайзеров – нагрев питательной воды паровых котлов и воды систем теплоснабжения. Экономайзеры котла выполняют либо из гладких, либо из ребристых чугунных труб; на более высокие температуру и давление – из стальных гладких труб. Различают поверхностные и контактные экономайзеры. Поверхностные экономайзеры в свою очередь бывают – питательные (нагрев воды для питания котлов) и теплофикационные (нагрев воды для систем отопления). По материалу конструкции различают чугунные и стальные экономайзеры. К основным характеристикам оборудования также относятся: схема присоединения и степень нагрева воды – экономайзеры «кипящего» и «не кипящего» типа; размещение относительно котлов – групповое и индивидуальное. Принцип работы Поверхность нагрева экономайзера состоит из труб с дополнительным продольным оребрением. Трубы, соединенные между собой по воде дугами, объединяются в отдельные пакеты. Пакеты труб устанавливаются в каркасе с промежутками в 650 мм и соединяются между собой калачами. В канавках фланцев ребристых труб прокладывается шнуровой асбест для предотвращения перетоков газа. Боковые стенки каркаса имеют внутреннюю и наружную металлические обшивки с теплоизоляцией из совелитовых плит или другого теплоизоляционного материала, равноценного по своим характеристикам совелитовым плитам. Торцевые стороны экономайзера закрыты щитами с крышками, установленными на прокладках с помощью болтов. Сплошные сварные швы листов обшивки и крышки с прокладками обеспечивают газовую плотность экономайзера. Привод воды к экономайзеру осуществляется через коллекторы. 3 Барабан котла. Внутрибарабанные устройства Барабан. Котлы старых конструкций состояли из трех — пяти барабанов. Современные агрегаты делают только с одним барабаном, за исключением некоторых типов котлов низкого давления. Барабан представляет собой стальной цилиндр со сферическими днищами.  Рис.1. Барабан котла, лаз (б) и опоры (в): 1 — лаз, 2, 12 — штампованное и кованое днище, 3 — обечайка, 4 — трубные отверстия,5 — опоры барабана, 6 — прокладка, 7 — специальные гайки-втулки, в —бугель, 9 —крышка лаза, 10 — шарнирное крепление крышки, 11— шпильки, 13, 14 — ролики продольного и поперечного перемещения, 15 — сварное основание опоры, 16 – опорные балки каркаса, 17 —ребро. Для котлов электростанций барабаны изготовляют d=1600—1800 мм, длиной до 18 м и толщиной стенки до 125 мм. Масса барабана иногда превышает 100 т. Назначение барабана — распределять питательную воду по необогреваемым трубам, собирать пар, выделяющийся из обогреваемых труб, очищать его от капель воды. Для этого в барабане размещены специальные устройства: перегородки, щиты, корыта, жалюзийные и дырчатые листы и др. Для доступа в барабан в его днищах имеются овальные отверстия размером 300X400 мм (лазы 1), которые изнутри закрываются крышками 9 (люками) и закрепляются в закрытом положении снаружи скобами и шпильками 11 (рис. 1, б). При эксплуатации барабан нагревается и удлиняется. Чтобы опоры барабана не препятствовали перемещению его концов, они сделаны на роликах (рис. 1, в); конец барабана вместе с верхней подушкой перемещается по роликам 14, которые перекатываются по нижней плите 15. укрепленной на опорной балке каркаса. Трубы экранов и пароперегревателя приваривают к штуцерам барабана. Барабаны, устройства для сепарации пара от влаги, ступенчатое испарение Барабаны современных котлоагрегатов высокого давления с естественной циркуля¬цией имеют внутренний диаметр 1600 мм, толщину стенок более 100 мм и длину до 20 м. Масса такого барабана составляет около 100 т. Барабаны изготовляются сварными из листовой стали и имеют штуцера, к которым привариваются трубы. Тепловое расширение барабанов обеспечивается роликовыми опорами, устанавливаемыми на основных балках каркаса (рис. 14). Во время работы барабан удлиняется на 70–100 мм. Пар, выходящий из барабана, не должен уносить с собой капли воды в пароперегре¬ватель, так как при испарении воды содержащиеся в ней соли могут отлагаться в трубах, что связано с опасностью их пережога. Для уменьшения уноса воды из барабана паром внутри барабана устанавливаются сепарационные устройства, предназначенные для раз¬деления (сепарации) влаги и пара. Этим условиям отвечают циклонные сепараторы, раз¬мещаемые внутри барабана, так называемые внутрибарабанные циклоны, получившие широкое распространение 4. 4 Устройство водогрейных котлов Водогрейные котлы мощностью до 4,0 МВТ выполняются стальными гладкотрубными горизонтальной компоновки. Котел представляет собой цельный блок состоящий из двух частей топочной и конвективной. Топочная часть - состоит из стальных панелей: боковых, потолочной, фронтовой и задней. В топочной части котла на топке происходит процесс горения топлива, излучаемое тепло, с помощью конвективного и радиационного теплообмена передается панелям и нагревает теплоноситель (воду). Для повышения теплопередающей способности топочных панелей они выполняются газоплотными (между труб вваривается стальная полоса). В топочной части котла температура горячих газов в зависимости от вида топлива достигает 1000 - 1200 С. На выходе из топки температура уменьшается до 800 С. После топочной части котла горячие газы поступают в конвективный блок состоящий из конвективных секций. Конвективные секции - это панели из стояков и вваренных в них труб. В конвективном блоке температура горячих газов снижается до 180 -200 С. Для усиления теплопередачи в конвективном блоке котла трубы располагаются в шахматном порядке, и устанавливается перегородка. Газы совершают опускное и подъемное движение и выходят сверху котельного блока. Устройство изоляции водогрейных котлов должно обеспечивать отсутствие присосов наружного воздуха в котельный блок и температуру обшивки котла не более 50С. Для этого выполняют изоляцию трубной системы минеральными плитами ПТЭ и устанавливают декоративную обшивку из стальных листов, устанавливаемую на каркас. Очистка конвективных панелей котла от сажи и золовых отложений осуществляется через люки в изоляционной обшивке котла. При правильной эксплуатации котельной установки, грамотной настройке тяги и дутья, следовании рекомендациям завода изготовителя, золовые и сажистые отложения на панелях котла не образуются. 5.Трубчатые и регенеративные воздухоподогреватели Назначение воздухоподогревателя Устройство выполняет одновременно две функции – подогрев подаваемого воздуха и охлаждение отработанных газов. Нагрев воздушной массы увеличивает коэффициент полезного действия котлоагрегата. Трубчатый воздухоподогреватель — это подогреватель воздуха, в котором уходящие газы двигаются внутри трубок и отдают тепло воздуху, который в свою очередь движется между трубок воздухоподогревателя. Устройство представляет собой куб из металлических труб. В зависимости от размеров подогревателя их диаметр может отличаться. В конструкцию входят металлические доски, к которым приваривают края труб. При повышении температуры поверхности размер труб изменяется. Тепловое расширение компенсируется за счет свободного перемещения верхней доски. Это исключает механические повреждения труб при нагреве и остывании. Регенеративный воздухоподогреватель (РВП) — это такой тип воздухоподогревателя, где уходящие газы отдают сначала тепло металлическим пластинам, которые в свою очередь вращаются и отдают тепло воздуху, когда при вращении оказываются в воздушной шахте. Воздухоподогреватели котлов регенеративного типа включают в свою конструкцию ротор большого диаметра. В него встроены элементы, подвергающиеся нагреву при прохождении через поток продуктов горения, имеющих высокую температуру. По мере вращения нагревательные элементы перемещаются и проходят через поток воздуха, подаваемого в топку. Таким образом, осуществляется нагрев воздушной массы перед попаданием в камеру сгорания. Элементами теплообменника являются металлические пластины, аккумулированные в отдельные пакеты. При соприкосновении пластины образуют между собой пустоты. Они необходимы для прохождения через них воздуха, продуктов горения и ускорения теплообмена. 7 Прямоточные котлы В прямоточных котлоагрегатах циркуляция пароводяной смеси в трубах происходит принудительно при помощи питательных насосов. На пути движения рабочей среды по-мещают смесительные коллекторы, разделяющие всю поверхность нагрева на водяной экономайзер, радиационную часть, переходную зону и пароперегреватель. В водяном экономайзере вода не нагревается до температуры кипения, так как рав-номерное распределение пароводяной смеси по виткам радиационной части крайне за-труднительно. Первые прямоточные котлоагрегаты конструкции Рамзина (рис. 3, а) имели почти горизонтальную навивку труб 4 топочной камеры. В нижние концы этих труб входит во-да, нагретая в водяном экономайзере 2, а из верхних концов выходит пароводяная смесь. Расположение труб на фронтовой и задней стенках топки горизонтальное, а на боковых стенках – с небольшим уклоном. Эти трубы называются радиационной частью котлоагре-гата; в них большая часть воды превращается в пар, воспринимая теплоту путем радиа-ции. В современных прямоточных котлоагрегатах на сверхкритическое давление радиа-ционная часть выполнена в виде панелей – прямых вертикальных или изогнутых труб (рис. 3, б). В котлоагрегатах большой паропроизводительности по высоте топочной камеры располагают нижнюю часть (НРЧ), верхнюю радиационную часть (ВРЧ), а иногда и сред-нюю радиационную часть (СРЧ). Все панели радиационной части топки имеют входные и выходные коллекторы, со¬единенные между собой необогреваемыми перепускными трубами. Из труб радиационной части пароводяная смесь направляется в дополнительную поверхность нагрева, на¬зываемую переходной зоной, где происходит испарение воды, находящейся в пароводя¬ной смеси и частичный перегрев пара (на 50–60 °С). Необходимость устройства переход¬ной зоны диктуется тем, что в прямоточном котлоагрегате вода полностью испаряется в трубах за один ход. При этом часть находящихся в воде солей оседает на внутренней по¬верхности сравнительно небольшого участка труб переходной зоны, в которой завершает¬ся испарение воды, исключая тем самым, занос солей капельками влажного пара в паро¬перегреватель котлоагрегата при изменении режима его работы. Переходная зона выделена в отдельный конструктивный элемент, расположенный между пароперегревателем и верхней секцией воздухоподогревателя, в зоне более низкой температуры дымовых газов, где небольшой слой накипи, оседающей на внутренних стенках труб, создает меньшую опасность перегрева металла труб. Из переходной зоны пар поступает в пароперегреватели. Таким образом, вода прохо¬дит весь  без многократной циркуляции, напрямую, в связи с чем такие котлоагрега-ты и называются прямоточными. Прямоточный котлоагрегат не имеет барабана.Принудительное движение воды и пароводяной смеси (среды) в прямоточных котло-агрегатах позволяет применять повышенную скорость движения среды и соответственно трубы меньшего диаметра по сравнению с котлоагрегатами с естественной циркуляцией. Из-за повышенной скорости движения среды расход электроэнергии на привод пита-тельного насоса для прямоточных котлоагрегатов выше, чем для котлоагрегатов с естест-венной циркуляцией 8 Каркасы котлоагрегатов Каркасом котлоагрегата называют металлическую конструкцию, воспринимающую нагрузку от барабана, поверхностей нагрева, обмуровки, площадок и лестниц и других элементов котельного агрегата и передающую ее на фундамент или на строительные кон¬струкции здания. Каркас современного котлоагрегата большой паропроизводительности (рис. 34) имеет сложную конструкцию и состоит из вертикальных колонн, соединяющих их горизонтальных ферм, балок и диагональных связей. Верх колонн соединяют опорная (хребтовая) балка и потолочное перекрытие. Почти все элементы каркаса: колонны, фер¬мы, балки и связи – соединяют сваркой, что обеспечивает устойчивость и прочность каркаса. Только балки, могущие при тепловом расширении или изгибе создавать значительные дополнительные напряжения в колоннах, свободно опираются на каркас и прикрепляются болтами через овальные отверстия. При опирании каркаса на фундамент нижняя часть колонн имеет опорные башмаки, передающие нагрузку от котлоагрегата на фундамент. Каркас может подвергаться действию горизонтальных нагрузок, стремящихся его опрокинуть. Горизонтальные нагрузки возникают от действия ветра при открытой и полуоткрытой установке котлоагрегата и во время землетрясения. Возможность опрокидывания предотвращается установкой диагональных связей между колоннами. Прогиб колонн предотвращают установкой горизонтальных промежуточных балок и ферм. Площадки обслуживания, выполненные в виде горизонтальных рам и ферм, приваренных к каркасу, увеличивают прочность и жесткость каркаса. Размеры площадок и лестниц, угол наклона последних и другие особенности их конструкции устанавливаются правилами Госгортехнадзора. К основному каркасу прикрепляют обшивочные рамы, а к ним – обмуровку и трубы радиационных поверхностей нагрева. В последние годы получили распространение щитовые каркасы. При щитовом каркасе на фундамент котлоагрегат устанавливается портал, имеющий высоту нижних отметок коллекторов поверхностей нагрева. На портал устанавливают вертикальные обшивочные щиты, рамы которых выполнены из швеллеров или двутавров. К щитам прикрепляют поверхности нагрева и обмуровку. Следовательно, такие каркасы не имеют отдельных несущих колонн. На нижний ярус щитов опирается верхний ярус, на щиты которого опираются горизонтальные потолочные балки. Щиты соединяются между собой на сварке. Каркас щитового типа применяется для прямоточных котлоагрегатов, у которых трубные панели радиационной части крепятся к соответствующим обшивочным щитам, а также для котлоагрегатов с естественной циркуляцией Барнаульского котельного завода производительностью до 420 т/ч. Щитовые каркасы дают экономию металла в размере 5–7% и об¬легчают монтажные работы. Масса каркаса зависит от паропроизводительности котлоагрегата и составляет 0,8– 1,2 т на 1 т часовой паропроизводительности. Таким образом, масса каркаса котлоагрегата паропроизводительностью 420 т/ч составляет 400–500 т, а паропроизводительностью 1000 т/ч – 800–1000 т. 9 Конструкции пароперегревателей Первичный пароперегреватель современного котлоагрегата имеет радиационную, полурадиационную (ширмы) и конвективную части (рис. 26). Радиационная часть пароперегревателя, расположенная на стенах и потолке топочной камеры, воспринимает лучистую теплоту и по конструкции мало чем отличается от экранов – состоит из труб, приваренных к коллекторам круглого сечения. В каждой панели радиационной части пароперегревателя пар движется по трубам сначала сверху вниз, а затем через нижний коллектор поступает в другие трубы, по которым направляется вверх. В нескольких местах по высоте труб устанавливают направляющие опоры, прикрепляемые к балкам каркаса; эти крепления не препятствуют вертикальному перемещению труб при изменении их температуры. Крепление горизонтальных потолочных труб также не должно препятствовать их тепловому удлинению. Эти трубы подвешиваются на тягах к потолочному перекрытию каркаса. Полурадиационная часть пароперегревателя (ширмы), расположенная в верхней части топки и в горизонтальном газоходе, воспринимает как лучистую теплоту за счет радиации, так и теплоту, передаваемую конвекцией. 10Барабанные котлы с естественной и принудительной циркуляцией В основе принципа работы барабанного котла заложен нагрев воды в замкнутом или проточном контуре (с чёткой границей разделения газовой и жидкой сред в барабане без полного выкипания влаги) с получением высокотемпературного пара, последующим его охлаждением и отводом в отопительную систему. Различают две основных конструкции, имеющих принципиальные отличия в циркуляции теплоносителя: с естественной и принудительной циркуляцией. Барабанный котёл с естественной циркуляцией работает следующим образом: К горелке, расположенной в топке, подводится и сгорает топливо. Воздух для поддержания процесса горения нагнетается при помощи вентилятора или подсасывается естественным способом через отверстия между колосниками. Для повышения экономичности в некоторых конструкциях реализован прогрев воздуха с использованием дымовых газов. Тепловой поток от горелки прогревает поверхность топочной камеры. Дымовой газ после отдачи тепла охлаждается и отводится через дымовую трубу в атмосферу. В котёл подаётся вода. Предварительно она очищается катионовыми фильтрами и понижается её жёсткость, после чего поступает в деаэратор для удаления коррозионно-активных газов. Полностью подготовленная к циркуляции вода попадает в специальный бак. Вода отбирается из бака по мере необходимости через экономайзер в паровой котёл. При нагреве от дымовых газов вода поступает в верхний барабан, затем по трубам опускается в коллектор экранов либо в нижний барабан. Оттуда по трубам снова возвращается в верхний барабан, где расположена граница между водной и паровой средой. При этом объём воды в результате нагрева снижается за счёт парообразования. Пар из барабана поступает в пароперегреватель для достижения заданной температуры, после чего идёт в паровой коллектор, подключённый к отопительной системе. Через 12-16 часов работы котла для нижнего барабана выполняется процедура продувки, которая позволяет своевременно удалять часть отработанной воды вместе с растворёнными солями и заменять её на новую. В верхнем барабане очистка проводится в постоянном режиме. Регулировка температуры нагрева осуществляется посредством добавления воды в пар, прохождением части нагретого пара к коллектору, минуя пароперегреватель, контролированием размера пламени в горелке, рециркуляцией продуктов сгорания. Некоторые конструкции котлов имеют специально установленные пароохладители, имеющие прямой контакт с пароперегревателями. После непрерывной работы в течение 16-20 дней выполняется продувка, позволяющая удалить из нижней части объёма шлам. Для этого открывают специальные вентили и сбрасывают воду через расширитель с охлаждением прямо в канализационную систему. |