+7(499) 136 06 90

+7(495) 704-31-86

sales@teplogidromash.ru

Классификация котлов паровых


5. Классификация котлов и их основные параметры

Котлы различают по следующим признакам:

По назначению:

Энергетические – вырабатывающие пар для паровых турбин; их отличает высокая производительность, повышенные параметры пара.

Промышленные – вырабатывающие пар как для паровых турбин, так и для технологических нужд предприятия.

Отопительные – производящие пар для отопления промышленных,жилых и общественных зданий. К ним относятся и водогрейные котлы. Водогрейный котел – устройство, предназначенное для получения горячей воды с давлением выше атмосферного.

Котлы-утилизаторы - предназначены для получения пара или горячей воды за счет использования тепла вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) при переработке отходов химических производств, бытового мусора и т.д.

Энерготехнологические – предназначены для получения пара за счет ВЭР и являющиеся неотъемлемой частью технологического процесса (например, содорегенерационные агрегаты).

По конструкции топочного устройства (рис. 7):

Рис. 7. Общая классификация топочных устройств

Различают топки слоевые – для сжигания кускового топлива и камерные – для сжигания газового и жидкого топлива, а также твердого топлива в пылевидном (или мелкодробленом) состоянии.

Слоевые топки подразделяются на топки с плотным и кипящим слоем, а камерные – на факельные прямоточные и циклонные (вихревые).

Камерные топки для пылевидного топлива подразделяют на топки с твердым и жидким шлакоудалением. Кроме того, по конструкции они могут быть однокамерными и многокамерными, а по аэродинамическому режиму – под разрежением и под наддувом.

В основном используется схема под разряжением, когда в газоходах котла дымососом создается давление меньше атмосферного, то есть разряжение. Но в некоторых случаях при сжигании газа и мазута или твердого топлива с жидким шлакоудалением может использоваться схема под наддувом.

Схема котла под наддувом. В этих котлах высоконапорная дутьевая установка обеспечивает избыточное давление в топочной камере 4 – 5 кПа, которое позволяет преодолеть аэродинамическое сопротивление газового тракта (рис. 8). Поэтому в этой схеме отсутствует дымосос. Газоплотность газового тракта обеспечивается установкой мембранных экранов в топочной камере и на стенах газоходов котла.

Достоинства данной схемы:

- сравнительно низкие капитальные затраты на обмуровку;

- более низкий по сравнению с котлом, работающим под

разряжением, расход электроэнергии на собственные нужды;

- более высокий КПД за счет снижения потерь с уходящими газами из-за отсутствия присосов воздуха в газовый тракт котла.

Недостаток – сложность конструкции и технологии изготовления мембранных поверхностей нагрева.

По виду теплоносителя, генерируемого котлом: паровые и водогрейные.

По перемещению газов и воды (пара):

  • газотрубные (жаротрубные и с дымогарными трубами);

  • водотрубные;

  • комбинированные.

Схема жаротрубного котла. Котлы предназначены для замкнутых систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения и выпускаются для работы при допустимом рабочем давлении 6 бар и допустимой температуре воды до 115 °С. Котлы предназначены для работы на газообразном и жидком топливе, в том числе на мазуте и сырой нефти, и обеспечивают КПД при работе на газе – 92 % и на мазуте – 87 %.

Стальные водогрейные котлы имеют горизонтальную реверсивную камеру сгорания с концентрическим расположением дымогарных труб (рис. 9). Для оптимизации тепловой нагрузки, давления в камере сгорания и температуры отходящих газов дымогарные трубы оснащены турбулизаторами из нержавеющей стали.

Рис. 8. Схема котла под «наддувом»:

1 – воздухозаборная шахта; 2 – высоконапорный вентилятор;

3 – воздухоподогреватель 1-й ступени; 4 – водяной экономайзер

1-й ступени; 5 – воздухоподогреватель 2-й ступени; 6 – воздуховоды

горячего воздуха; 7 – горелочное устройство; 8 – газоплотные

экраны, выполненные из мембранных труб; 9 – газоход

Рис. 9. Схема топочной камеры жаротрубных котлов:

1 – передняя крышка;

2 – топка котла;

3 – дымогарные трубы;

4 – трубные доски;

5– каминная часть котла;

6 – люк каминной части;

7 – горелочное устройство

По способу циркуляции воды все разнообразие конструкций паровых котлов на весь диапазон рабочих давлений можно свести к трем типам:

- с естественной циркуляцией – рис. 10а ;

- с многократной принудительной циркуляцией – рис. 10б ;

- прямоточные – рис. 10в.

а) б)

в)

Рис. 10. Способы циркуляции воды

В котлах с естественной циркуляцией движение рабочего тела по испарительному контуру осуществляется за счет разности плотностей столбов рабочей среды: воды в опускной питательной системе и пароводяной смесив подъемной испарительной части циркуляцион-ного контура (рис. 10а). Движущий напор циркуляциив контуре можно выразить формулой

, Па ,

где h – высота контура, g – ускорение свободного падения, ,– плотность воды и пароводяной смеси.

При критическом давлении рабочая среда является однофазной и ее плотность зависит только от температуры, а так как последние близки между собой в опускной и подъемной системах, то движущий напор циркуляции будет очень мал. Поэтому на практике естественная циркуляция применяется для котлов только до высоких давлений, обычно не выше 14 МПа.

Движение рабочего тела по испарительному контуру характери-зуется кратностью циркуляции К, которая представляет собой отношение часового массового расхода рабочего тела через испарительную систему котла к его часовой паропроизводительности. Для современных котлов сверхвысокого давления К=5-10, для котлов низких и средних давлений К составляет от 10 до 25.

Особенностью котлов с естественной циркуляцией является способ компоновки поверхностей нагрева, заключающийся в следующем:

  • опускные трубы не должны обогреваться для сохранения на достаточно высоком уровне ;

  • подъемные трубы должны иметь такую конструкцию, чтобы исключить образование паровых пробок при движении по ним пароводяной смеси;

  • скорости воды и смеси во всех трубах должны быть умеренными для получения невысоких гидравлических сопротивлений, что достигается выбором труб поверхностей нагрева достаточно большого диаметра (60 - 83 мм).

В котлах с многократной принудительной циркуляцией движение рабочего тела по испарительному контуру осуществляется за счет работы циркуляционного насоса, включаемого в опускной поток рабочей жидкости (рис. 10б). Кратность циркуляции поддерживается невысокой (К=4-8), поскольку циркуляционный насос гарантирует ее сохранение при всех колебаниях нагрузки. Котлы с многократной принудительной циркуляцией позволяют экономить металл для поверхностей нагрева, так как допускаются повышенные скорости воды и рабочей смеси, частично улучшая, таким образом, охлаждение стенки труб. Габариты агрегата при этом несколько снижаются, так как диаметр трубок можно выбирать меньшим, чем для котлов с естественной циркуляцией. Эти котлы могут применяться вплоть до критических давлений 22,5 МПа, наличие барабана дает возможность хорошо осушать пар и продувать загрязненную котловую воду.

В прямоточных котлах (рис. 10в) кратность циркуляции равна единице и движение рабочего тела от входа в экономайзер и до выхода из агрегата перегретого пара принудительное, осуществляемое питательным насосом. Барабан (достаточно дорогой элемент) отсутствует, что дает при сверхвысоком давлении известное преимущество прямоточным агрегатам; однако это обстоятельство вызывает при сверхкритическом давлении удорожание станционной водоподготовки, поскольку повышаются требования к чистоте питательной воды, которая должна в этом случае содержать примесей не больше, чем выдаваемый котлом пар. Прямоточные котла универсальны по рабочему давлению, а на закритическом давлении вообще являются единственными генераторами пара и находят широкое применение в современной электроэнергетике.

Существует разновидность циркуляции воды в прямоточных парогенераторах – комбинированная циркуляция, осуществляемая за счет особого насоса или дополнительного параллельного циркуляционного контура естественной циркуляции в испарительной части прямоточного котла, позволяющая улучшить охлаждение экранных труб при малых нагрузках котла за счет увеличения на 20–30 % массы циркулируемой через них рабочей среды.

Схема котла с многократной принудительной циркуляцией на докритическое давление представлена на рис. 11.

Рис. 11. Конструктивная схема котла с многократной принудительной циркуляцией:

1 – экономайзер; 2 – барабан;

3 – опускная питательная труба; 4 – циркуляционный насос; 5 – раздача воды по циркуляционным контурам;

6 – испарительные радиа-ционные поверхности нагрева;

7 – фестон; 8 – пароперегреватель;

9 – воздухоподогреватель

Циркуляционный насос 4 работает с перепадом давления 0,3 МПа и позволяет применять трубы малого диаметра, что дает экономию металла. Малый диаметр труб и невысокая кратность циркуляции (4 – 8) вызывают относительное снижение водяного объема агрегата, следовательно, снижение габаритов барабана, уменьшение сверлений в нем, а отсюда общее снижение стоимости котла.

Малый объем и независимость полезного напора циркуляции от нагрузки позволяют быстро растапливать и останавливать агрегат, т.е. работать в регулировочно-пусковом режиме. Область применения котлов с многократной принудительной циркуляцией ограничивается сравнительно невысокими давлениями, при которых можно получать наибольший экономический эффект за счет удешевления развитых конвективных испарительных поверхностей нагрева. Котлы с многократной принуди-тельной циркуляцией нашли распространение в теплоутилизационных и парогазовых установках.

Прямоточные котлы. Прямоточные котлы не имеют зафиксированной границы между экономайзером и испарительной частью, между испарительной поверхностью нагрева и пароперегревателем. При изменении температуры питательной воды, рабочего давления в агрегате, воздушного режима топки, влажности топлива и других факторов соотношения между поверхностями нагрева экономайзера, испарительной части и перегревателя меняются. Так, при понижении давления в котле снижается теплота жидкости, повышается теплота испарения и снижается теплота перегрева, поэтому уменьшается зона, занимаемая экономайзером (зона подогрева), растет зона испарений и уменьшается зона перегрева.

В прямоточных агрегатах все примеси, поступающие с питательной водой, не могут удаляться с продувкой подобно барабанным котлам и откладываются на стенках поверхностей нагрева или уносятся с паром в турбину. Поэтому прямоточные котлы предъявляют высокие требования к качеству питательной воды.

Для уменьшения опасности пережога труб из-за отложения солей в них зону, в которой испаряются последние капли влаги и начинается перегрев пара, на докритических давлениях выносят из топки в конвективный газоход (так называемая вынесенная переходная зона).

В переходной зоне идет энергичное выпадение и отложение примесей, а так как температура стенки металла труб в переходной зоне ниже, чем в топке, то опасность пережога труб значительно снижается и толщину отложений можно допускать большей. Соответственно удлиняется межпромывочная рабочая кампания котла.

Для агрегатов закритических давлений переходная зона, т.е. зона усиленного выпадения солей, также имеется, но она сильно растянута. Так, если для высоких давлений ее энтальпия измеряется величиной 200-250 кДж/кг, то для закритических давлений возрастает до 800 кДж/кг, и тогда выполнение вынесенной переходной зоны становится нецелесообразным, тем более, что содержание солей в питательной воде здесь так мало, что практически равно их растворимости в паре. Поэтому, если котел, спроектированный на закритическое давление, имеет вынесенную переходную зону, то делается это только из соображений обычного охлаждения дымовых газов.

Из-за малого аккумулирующего объема воды у прямоточных котлов важную роль играет синхронность подачи воды, топлива и воздуха. При нарушении этого соответствия в турбину можно подать влажный или чрезмерно перегретый пар, в связи с чем для прямоточных агрегатов автоматизация регулирования всех процессов является просто обязательной.

Прямоточные котлы конструкции профессора Л.К. Рамзина. Особенностью котла является компоновка радиационных поверхностей нагрева в виде горизонтально-подъемной навивки трубок по стенам топки с минимумом коллекторов (рис. 12).

Рис. 12. Конструктивная схема прямоточного котла Рамзина:

1 – экономайзер; 2 – перепускные необогреваемые трубы;

3 – нижний распределительный коллектор воды; 4 – экранные

трубы; 5 – верхний сборный коллектор смеси; 6 – вынесенная

переходная зона; 7 - настенная часть перегревателя;

8 – конвективная часть перегревателя; 9 –воздухоподогреватель;

10 – горелка

Как в дальнейшем показала практика, такое экранирование имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Позитивным является равномерный обогрев отдельных трубок, включенных в ленту, так как трубки проходят по высоте топки все температурные зоны в одинаковых условиях. Негативным – невозможность выполнения радиационных поверхностей заводскими крупными блоками, а также повышенная склонность к теплогидравлическим разверкам (неравномерное распределение температуры и давления в трубах по ширине газохода) при сверхвысоком и сверхкритическом давлении из-за большого приращения энтальпии в длинном змеевике.

Для всех систем прямоточных агрегатов соблюдаются некоторые общие требования. Так, в конвективном экономайзере питательная вода до поступления в топочные экраны не догревается до кипения примерно на 30 °С, что устраняет образование пароводяной смеси и неравномерное ее распределение по параллельным трубкам экранов. Далее, в зоне активного горения топлива, в экранах обеспечивается достаточно высокая массовая скорость ρω ≥ 1500 кг/(м2·с) при номинальной паропроизводительности Dн , что гарантирует надежное охлаждение трубок экранов. Около 70 – 80 %  воды превращается в пар в экранах топки, а в переходной зоне испаряется оставшаяся влага и весь пар перегревается на 10-15 °С во избежание отложения солей в верхней радиационной части перегревателя.

Кроме того, паровые котлы классифицируются по давлению пара и по паропроизводительности.

По давлению пара:

  • низкого – до 1 МПа;

  • среднего от 1 до 10 МПа;

  • высокого – 14 МПа;

  • сверхвысокого – 18-20 МПа;

  • сверхкритического – 22,5 МПа и выше.

По производительности:

  • малая –до 50 т/ч;

  • средняя – 50-240 т/ч;

  • большая (энергетическая) – свыше 400 т/ч.

Маркировка котлов

Для маркировки котлов установлены следующие индексы:

вид топлива: К – каменный уголь; Б – бурый уголь; С – сланцы; М – мазут; Г – газ (при сжигании мазута и газа в камерной топке индекс типа топки не указывается); О – отходы, мусор; Д – другие виды топлива;

тип топки: Т – камерная топка с твердым шлакоудалением; Ж – камерная топка с жидким шлакоудалением; Р – слоевая топка (индекс вида топлива, сжигаемого в слоевой топке, в обозначении не указывается); В – вихревая топка; Ц – циклонная топка; Ф – топка с кипящим слоем; в обозначение котлов с наддувом вводится индекс Н; при сейсмически стойком исполнении – индекс С.

способ циркляции: Е – естественная; Пр – многократная принудительная;

Пп – прямоточные котлы.

Цифрами указывается :

для паровых котлов – паропроизводительность (т/ч), давление перегретого пара (бар), температура перегретого пара (°С);

для водогрейных – теплопроизводительность (МВт).

Например: Пп1600–255–570 Ж. Прямоточный котел паропроизводи-тельностью 1600 т/ч, давление перегретого пара – 255 бар, температура пара – 570 °С, топка с жидким шлакоудалением.

Компоновка котлов

Под компоновкой котла подра­зумевается взаимное расположение газохо­дов и поверхностей нагрева (рис. 13).

Рис. 13. Схемы компоновки котлов:

а ­­– П-образная компоновка; б – двухходовая компоновка; в – компоновка с двумя конвективными шахтами (Т-образная); г – компоновка с U-образными конвективными шахтами; д – компоновка с инверторной топкой; е – башенная компоновка

Наиболее распространена П-образная компоновка (рис.13а – одноходовая, 13б – двухходовая). Преимуществами ее являются подача топлива в нижнюю часть топки и вывод продуктов сгорания из нижней части конвективной шахты. Недостатки этой компоновки — неравномерное заполнение газами топочной камеры и неравномерное омы­вание продуктами сгорания поверхностей на­грева, расположенных в верхней части агре­гата, а также неравномерная концентрация золы по сечению конвективной шахты.

Т-образная компоновка с двумя конвек­тивными шахтами, расположенными по обе стороны топки с подъемным движением газов в топке (рис. 13в), позволяет уменьшить глубину конвективной шахты и высоту гори­зонтального газохода, но наличие двух кон­вективных шахт усложняет отвод газов.

Трехходовая компоновка агрегата с дву­мя конвективными шахтами (рис. 13г) иногда применяется при верхнем распо­ложении дымососов.

Четырехходовая компоновка (Т-образная двухходовая) с двумя вертикальными пе­реходными газоходами, заполненными разря­женными поверхностями нагрева, применяет­ся при работе агрегата на зольном топливе с легкоплавкой золой.

Башенная компоновка (рис. 13е) используется для пиковых парогенераторов, работающих на газе и мазуте в целях ис­пользования самотяги газоходов. При этом возникают затруднения, связанные с креплением конвек­тивных поверхностей нагрева.

U – образная компоновка с инверторной топкой с нисходящим в ней потоком продуктов сгорания и подъемным их движением в конвективной шахте (рис. 13д) обеспечивает хорошее заполнение топки факелом, низкое расположение пароперегревателей и минимальное сопротивление воздушного тракта вследствие малой длины воздуховодов. Недостаток такой компоновки – ухудшенная аэродинамика переходного газохода, обусловленная расположением горелок, дымососов и вентиляторов на большой высоте. Такая компоновка может оказаться целесообразной при работе котла на газе и мазуте.

studfiles.net

1.2. Классификация и основные характеристики паровых котлов

Судовые паровые котлы классифицируют по следующим признакам:

по назначению – главные (ГК) и вспомогательные (ВК). Главные паровые котлы обеспечивают паром ГТЗА, при­водящий в действие гребной винт, и некоторые вспомогатель­ные потребители. Вспомогательные паровые котлы служат для подачи пара в турбогенераторы, испарительные установки, к грузовым и палубным механизмам во время стоянки судна, а также для обеспечения бытовых нужд, пуска судовой энерге­тической установки из холодного состояния. Эти котлы при­меняются, как правило, на теплоходах. К вспомогательным относятся и утилизационные котлы (УК), которые используют теплоту отходящих газов главных двигателей во время движе­ния судна. Пар от них поступает к вспомогательным потреби­телям, а также расходуется на бытовые и производственные нужды;

по конструкции – водотрубные и огнетрубные. В водо­трубных паровых котлах вода и пароводяная смесь движутся внутри труб, которые снаружи омываются горячими дымовыми газами (Рис. 1.4, а). В огнетрубных (газотрубных) паровых котлах, наоборот, дымовые газы перемещаются по трубам, а вода омывает их с наружной стороны (Рис. 1.4, б);

по принципу движения воды и пароводяной смеси – с естественной или принудительной циркуляцией. Естественная циркуляция (Рис. 1.4, а, б), то есть движение воды и пароводяной смеси по замкнутому контуру, происходит естественным путем – только за счет разности веса воды в опуск­ных и пароводяной смеси в подъемных трубах котла. Прину­дительная циркуляция (Рис. 1.4, в) воды и пароводяной смеси создается в паровых котлах специальным насосом. В настоя­щее время на судах главные и вспомогательные котлы вы­полняются водотрубными с естественной циркуляцией, а ути­лизационные – с принудительной циркуляцией;

по давлению в топке – водотрубные с вентиляторным дутьем и с наддувом. В котлах с вентиляторным дутьем топливо сжигается в топке при давлении, примерно равном атмосфер­ному. В котлах с наддувом давление в топке может быть зна­чительно больше атмосферного. Воздух в топку котла с надду­вом подается компрессором турбонаддувочного агрегата (ТНА).

Рис. 1.4. Компоновочные схемы котлов:

а – водотрубного; б – огнетрубного; в – с принудительным током воды

Приведенную классификацию нельзя считать полной: в ней учтены только основные особенности котлов. Для характеристи­ки котлов используется ряд показателей, основные из них: паропроизводительность D – количество производимого пара в еди­ницу времени, кг/с; рабочее давление пара – избыточное давление в пароводяном коллекторе котла с естественной и при­нудительной циркуляцией или избыточное давление пара на вы­ходе из пароперегревателя в прямоточном котле, МПа; темпера­тура перегретого пара на выходе из котла, °С; температура питательной воды , поступающей в котел, °С; расход топли­ва В или количество топлива, сжигаемого в котле в единицу времени, кг/с.

Степень совершенства конструкции котла характеризуют такие показатели: коэффициент полезного действия (к. п. д.); мощность, выделившаяся при сгорании топлива в единице объема топки, Вт/м3 ; плотность теплового потока на поверх­ности нагрева , Вт/м2 (количество теплоты, воспринятой в единицу времени единицей площади поверхности нагрева котла); относительная масса котла без воды – отношение сухой массы котла к его производительности (кг∙с)/кг; отно­сительная масса котла с водой при температуре 20°С, залитой до рабочего уровня , (кг∙с)/кг; относительный объем котла – отношение объема всего котла к его произво­дительности , (м3∙с)/кг.

studfiles.net

3.2. 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, наконец, 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. При этом вода в экономайзере и пар в пароперегревателе движутся одно­кратно относительно поверхности нагрева (рис. 1 6). При движении воды в экономайзе­ре возникают гидравлические сопротивления, преодолеваемые напором, создаваемым пита­тельным насосом. Давление, развиваемое пи­тательным насосом, должно превышать дав­ление в начале зоны парообразования на гидравлическое сопротивление экономайзера. Аналогично движение пара в пароперегрева­теле обусловлено перепадом давления, возни­кающим между зоной парообразования и тур­биной.

В парообразующих трубах совместное дви­жение воды и пара и преодоление гидравли­ческого сопротивления этих труб в котлах раз­личных типов организовано по-разному. Раз­личают паровые котлы с естественной цирку­ляцией, с принудительной циркуляцией и прямоточные.

Паровые котлы с естественной циркуля­цией. Рассмотрим работу замкнутого контура (рис 1.6,а), состоящего из двух систем труб: обогреваемых 6 и необогреваемых 4, объеди­ненных вверху барабаном 3, а внизу — кол­лектором 5. Замкнутая гидравлическая систе­ма, состоящая из обогреваемых и необогре­ваемых труб, образует циркуляционный контур Объем барабана, заполненный водой, на­зывают водяным объемом, а занятый паром— паровым объемом. Поверхность, разделяющую паровой и водяной объем, называют зеркалом испарения. Водяной объем барабана и паро­образующие трубы заполнены котловой водой.

В обогреваемых трубах 6 вода закипает, и поэтому они заполнены пароводяной смесью плотность рн. Необогреваемые трубы 4 запол­нены водой, имеющей плотность р при давле­нии в барабане. Следовательно, нижняя точка контура — коллектор, с одной стороны, под­вержена давлению столба воды, заполняющей необогреваемые трубы, равному Hp'g, а с дру­гой— давлению столба паровотяной смеси, заполняющей обогреваемые трубы, равному Hpyg. Создающаяся в результате образования пара разность давлений Н(р'~pr,)g вызывает движение в контуре и называется движущим напором естественной циркуляции

Sдв=H(р'-pn)g, (1.1)

где SДВ — движущий напор естественной цир­куляции, Па; Н — высота контура, м р' и рм— соответственно плотность воды и пароводяной смеси, кг/м3; g — ускорение свободного паде­ния, м/с2.

По обогреваемым трубам вверх движется пароводяная смесь, в связи с чем они получи­ли название подъемных труб, а по необогре­ваемым трубам движется вниз вода—это опускные трубы.

Агрегаты, в парообразующих трубах кото­рых движение рабочего тела создается под воздействием напора циркуляции, естественно возникающего при обогреве этих труб, полу­чили название паровых котлов с естественной циркуляцией.

В отличие от движения воды в экономай­зере и пара в пароперегревателе, в которых рабочий процесс заканчивается при однократ­ном прохождении рабочего тела через поверх­ность нагрева, движение рабочего тела в цир­куляционном контуре многократное. Это зна­чит, что в процессе одного цикла прохождения через парообразующие трубы вода испаряется не полностью, а лишь частично и поступает в барабан в виде пароводяной смеси. При естественной циркуляции массовое паросодержание на выходе из парообразующих труб составляет 3—25%. При паросодержании на выходе, равном, например, 20%, для полного испарения вола должна совершить движение через контур циркуляции пять раз.

Поскольку процесс образования пара про­исходит непрерывно и питательная вода в ба­рабан также поступает непрерывно в соответ­ствии с расходом пара, в контуре все время циркулирует вода и количество се не изме­няется. Отношение массового расхода цирку­лирующей воды GB, кг/с, к количеству обра­зовавшегося пара в единицу времени С„, кг/с, называется кратностью циркуляции

k=GB/Gu. (1 2)

В котлах с естественной циркуляцией крат­ность циркуляции находится в пределах 4—30 и более.

В парообразующих трубах можно органи­зовать движение рабочего тела принудитель­но, например насосом, включенным в контур циркуляции. Такие агрегаты получили назва­ние котлов с многократной принудительной циркуляцией (рис. 1.6,6). Движущий напор циркуляции в этом случае в несколько раз превышает движущий напор при естественной циркуляции. Это позволяет расположить паро­образующие трубы любым образом, исходя из условий конструирования котла, и организо­вать в нем циркуляцию не только с вертикальным подъемным движением, но также с гори­зонтальным и даже опускным движением па­роводяной смеси. В паровых котлах этого типа кратность циркуляции составляет 3—10.

Отличительной особенностью паровых кот­лов с естественной и многократной принуди­тельной циркуляцией является наличие бара­бана— емкости, позволяющей организовать циркуляцию в замкнутой гидравлической си­стеме и обеспечить отделение воды от пара. Барабан фиксирует все зоны котла: экономайзерную, парообразующую и пароперегревательную.

Барабанные котлы работают при докритическом давлении (ДКД), p

studfiles.net

Лекция 1 Основные определения, классификация и типы паровых котлов. Котел это устройство, предназначенное для получения пара с давлением выше - PDF

1 Лекция 1 Основные определения, классификация и типы паровых котлов. Котел это устройство, предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного или горячей воды за счет тепла, выделяемого при сжигании топлива. Основными элементами котла являются топка и теплообменные поверхности. Специальное устройство котла, в котором происходит сжигание топлива, называется топкой или топочной камерой. Некоторые типы котлов, например котлы-утилизаторы, не имеют топки. В этом случае получение пара или подогрев воды осуществляются за счет теплоты горячих газов, образующихся при каком-либо технологическом процессе. Газовый тракт котла, т.е. та часть котла, по которой движутся продукты сгорания, разделен на отдельные газоходы. Взаимное расположение газоходов, определяющее траекторию движения продуктов сгорания и расположение поверхностей нагрева, называется компоновкой. Наиболее распространенными в настоящее время являются П-образная, Т-образная и башенная компоновки. Можно выделить и конвективные газоходы, по которым движутся уже относительно холодные газы. В котел подается вода, которая называется питательной. Питательная вода в котле нагревается, а затем превращается в насыщенный или перегретый пар требуемых параметров. Под параметрами пара подразумеваются его давление и температура. Основным потребителем водяного пара, вырабатываемого в котельных установках, являются паросиловые установки, а также он может использоваться для технологических нужд. Преобразование питательной воды в пар происходит в поверхностях нагрева котла. К поверхностям нагрева котла относятся испарительные, пароперегревательные и экономайзерные поверхности. Испарительные поверхности нагрева обычно располагаются в топке котла или непосредственно за ней. В них вода нагревается до температуры насыщения и образуется так называемая пароводяная смесь. Пароперегреватели предназначены для получения перегретого пара. Они располагаются за топочной камерой. Экономайзерные поверхности нагрева предназначены для предварительного подогрева питательной воды за счет теплоты уходящих из котла продуктов сгорания. К основным элементам котла относятся также барабаны, воздухоподогреватели, горелочные устройства, устройства для регулирования температуры перегрева пара. Барабаны котлов предназначены для отделения насыщенного пара от воды, удаления из него избыточной влаги, а также как устройство, в котором аккумулируется количество воды, необходимое для надежной работы котла. Воздухоподогреватели котла это поверхности нагрева, в которых происходит предварительный подогрев воздуха, поступающего в топку и необходимого для сжигания топлива. Горелочные устройства это устройства для сжигания топлива в топке котла. Горелочные устройства современных котлов в первую очередь обеспечивают наиболее эффективное сгорание топлива с точки зрения химических процессов и снижение количества вредных веществ, образующихся в процессе горения и выбрасываемых в атмосферу. К устройствам регулирования температуры перегрева пара относятся теплообменники различных типов и впрыскивающие пароохладители. Для обеспечения работы котлы оснащаются вспомогательным оборудованием, к которому относятся дутьевые вентиляторы, дымососы, золоулавливающее оборудование, оборудование по подготовке топлива и т.п. Совокупность котла и вспомогательного оборудования называется котельной установкой. Одним из важных элементов котла является каркас, предназначенный для размещения и крепления всех его элементов. Он изготавливается из металлоконструкций и опирается на фундамент или элементы здания. Для обеспечения безопасности работы персонала, и снижения потерь теплоты в окружающую среду на котле предусмотрена обмуровка и тепловая изоляция. Котлы классифицируются по назначению, паропроизводительности, параметрам пара, типу топочного устройства, способу организации взаимного движения продуктов сгорания и рабочей среды, способу организации движения рабочей среды в поверхностях нагрева и виду сжигаемого органического топлива.

2 По назначению котлы подразделяются на паровые, вырабатывающие водяной пар требуемых параметров, водогрейные, котлыутилизаторы и энерготехнологические котлы. Они предназначаются для энергетических, производственных, отопительнопроизводственных и отопительных котельных установок. По паропроизводительности котлы подразделяются на котлы малой производительности, котлы средней производительности, энергетические котлы и котлы большой паропроизводительности энергоблоков ТЭС. По параметрам пара паровые котлы подразделяются на котлы, работающие на низком (0,88 МПа), среднем (1,36, 2,36 и 3,9 МПа), высоком (9,8 и 13,8 МПа), критическом (16 МПа), сверхкритическом (24 МПа) давлении. Достижения современной науки и техники в области получения новых конструкционных материалов и сталей позволили создать новые типы паровых котлов, работающих на суперсверхкритическом давлении (до 30 и более МПа). Паровые котлы малой паропроизводительности (до 20 т/ч) выпускаются на низкое и среднее давление пара. Они получили значительное распространение и широко используются для технологических и хозяйственных нужд, входят в состав стационарных и передвижных котельно-отопительных установок. Котлы средней производительности (до 100 т/ч) это котлы среднего давления с умеренной температурой перегретого пара ( С) широко используются в качестве источника технологического пара на промышленных предприятиях. Энергетические паровые котлы выпускаются на среднее и высокое давление пара и имеют паропроизводительность от 100 до 640 т/ч. Эти котлы устанавливаются на небольших теплоэлектроцентралях и промышленных предприятиях и предназначаются для выработки электроэнергии, получения водяного пара или горячей воды для технологических нужд и нужд отопления. Котлы энергоблоков ТЭС (КЭС и ТЭЦ) имеют паропроизводительность до 3600 т/ч и выпускаются на среднее, высокое, сверхкритическое и суперсверхкритическое давление пара. Они предназначены для обеспечения выработки электроэнергии и теплофикации населенных пунктов. По типу топочного устройства можно выделить котлы, оснащенные слоевой топкой, камерной топкой, циклонной топкой, вихревой топкой, топкой с кипящим слоем, специальными топками для сжигания специфических видов топлива. Котлы, оснащенные вихревыми топками и топками с кипящим слоем, в последнее время имеют множество модификаций и получают все более широкое распространение. Их преимущество перед котлами с камерными топками состоит в том, что они могут сжигать твердое топливо ухудшенного качества и широкую гамму промышленных и бытовых отходов. При этом для них не требуются системы пылеприготовления. Они имеют меньшую металлоемкость и более высокие экологические показатели. По способу организации взаимного движения продуктов сгорания и рабочей среды котлы подразделяются на газотрубные и водотрубные. Водотрубные котлы в свою очередь выпускаются нескольких модификаций: барабанные с естественной циркуляцией, сепарационные (безбарабанные) с многократной принудительной циркуляцией и прямоточные котлы. В котлах с естественной циркуляцией циркуляция воды осуществляется за счет разностей ее плотности; для обеспечения принудительной циркуляции используются циркуляционные насосы, а движение среды в прямоточных котлах осуществляется за счет напора, развиваемого питательным насосом. Отличительной чертой водотрубных барабанных котлов является наличие одного или нескольких барабанов с фиксированной границей раздела между паром и водой. Важным шагом в развитии конструкций паровых котлов явилось изобретение прямоточных котлов). Прямоточные котлы не имеют барабана, в них вода, а затем пароводяная смесь и пар (называемые вместе рабочей средой) последовательно проходят все поверхности нагрева котла. В отличие от барабанного типа прямоточные котлы могут работать и при сверхкритическом давлении рабочей среды.

3 По типу тяги в газовоздушном тракте паровые котлы разделяются на котлы с уравновешенной тягой и наддувом. В котлах с уравновешенной тягой движение продуктов сгорания по газовоздушному тракту принудительное и осуществляется за счет совместной работы дымососа и дутьевого вентилятора. В котлах с наддувом сопротивление газового тракта в основном преодолевается работой компрессора. По виду сжигаемого органического топлива паровые котлы разделяются на котлы, сжигающие твердое, жидкое, газообразное топливо, а также бытовые отходы, дрова, биомассу. Для маркирования паровых котлов приняты такие обозначения: П прямоточный; Е котел с естественной циркуляцией; Пр котел с принудительной циркуляцией и т д. Например, типоразмер Е ГМ означает: паровой котел с естественной циркуляцией для сжигания газа и мазута паропроизводительностью 420 т/ч с давлением 140 кгс/см 2 (14 МПа). Паровой котел в технологической схеме производства пара. Паровым котлом называется устройство для выработки пара с давлением выше атмосферного за счет теплоты сжигаемого топлива. Технологическая схема производства пара в паровом котле на электростанции, сжигающей угли в пылевидном состоянии, представлена на рис. 1. Кусковое топливо выгружается вагоноопрокидывателем 1 в топливный бункер 2, откуда питателем 3 подается в дробилку 8, в которой топливо измельчается до куска размером 15 мм. Рис. 1. Технологическая схема производства пара: I приемно-разгрузочное помещение II галерея конвейеров первого подъема; III дробильное помещение; IV галерея конвейеров второго подъема; V главное здание; 1 ваговоопрокидыватель; 2 бункер топлива; З питатель топлива; 4 и 10 горизонтальный конвейер; 5 конвейер первого подъема; 6 электромагнитный сепаратор железа; 7 грохоты; 8 дробилка; 9 конвейер второго подъема; 11 сбрасыватель; 12 бункер дробленки; 13 углеразмольная мельница; 14 горелки; 15 топочная камера; 16 котел (прямоточный); 17 топочные экраны; 18 горизонтальный газоход; 19 конвективная шахта, (вертикальный газоход); 20 переходная зона; 21 радиационный пароперегреватель; 22 конвективный пароперегреватель; 23 пароперегреватель промежуточного перегрева пара; 24 экономайзер; 25 воздухоподогреватель; 26 короб холодного воздуха; 27 дутьевой вентилятор; 28 золоуловитель; 29 дымосос; 30 дымовая труба; 81 устройство шлакоудаления; 32 устройство золоудаления Уголь затем собирается в бункер дробилки 12 и подается в углеразмольную мельницу 13. Готовая угольная пыль вместе с нагретым в воздухоподогревателе 25 воздухом через горелки 14 поступает в топочную камеру 15 парового котла 16, где и сгорает. Зола частично осаждается в топке и системой шлакоудалѐния 31 эвакуируется из котельной. Основная масса золы проходит газоходы котла в золоуловитель 28, остатки неуловленной летучей золы вместе с продуктами сгорания рассеиваются дымовой трубой 30 в окружающей атмосфере. Питательная вода насосом подается из машинного зала в паровой котел, про-

4 ходит его поверхности нагрева 24, 17, 20, 21, 22, в которых испаряется. Пар полученный из воды, перегревается в пароперегревателе и направляется в машинный зал к паровой турбине. Классификация паровых котлов. По назначению паровые котлы делятся на несколько групп: энергетические, промышленные, отопительные, утилизационные, энерготехнологические и специальные. Энергетические котлы отличаются высокой единичной паропроизводительностью, повышенными параметрами пара, высокими требованиями к надѐжности и экономичности и т. д. Промышленные паровые котлы вырабатывают пар для технологических нужд промышленности. Отопительные котлы производят горячую воду для отопления промышленных, жилых и общественных зданий. Водогрейный котел служит для получения горячей воды с давлением выше атмосферного. Они могут использоваться как пиковые для выдачи сетевой воды на отопление от 100 до С. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические используют резервы вторичных энергетических ресурсов при переработке отходов химических производств, бытового мусора. По давлению пара на выходе из котла они делятся на котлы низкого давления (до 1 МПа), среднего (1 10 МПа), высокого (14 МПа), сверхвысокого (18 20 МПа) и сверхкритического давления (более 22,5 МПа). Энергетические парогенераторы по производительности различаются как котлы малой, средней и большой производительности. По способу циркуляции воды все котлы сводятся к трѐм типам: с естественной циркуляцией, с многократной принудительной циркуляцией, прямоточные. В парогенераторах с естественной циркуляцией движение рабочего тела по испарительному контуру осуществляется за счѐт разности плотностей столбов рабочей среды: воды ρ в в опускной питательной системе и пароводяной смеси ρ см в подъѐмной испарительной части циркуляционного контура. Движущий напор циркуляции Р выражается формулой: Р=hg(ρ в -ρ см ), Па, где: h высота столба жидкости в опускных трубах, м; g ускорение свободного падения, м/с 2. Циркуляцией в парогенераторе называется явление многократного обращения испаряемой воды в экранных и кипятильных трубах барабанных котлов. Движение рабочего тела по испарительному контуру характеризуется кратностью циркуляции. Отношение количества циркулирующей воды, вошедшей в испарительную систему котла, к количеству пара, который вырабатывается за то же время этой системой, называется кратностью циркуляции: GВ К D. Для современных парогенераторов сверхвысокого давления кратность циркуляции составляет Парогенератор с многократной принудительной циркуляцией отличается наличием в контуре специальных циркуляционных насосов. В этом случае движение воды и пароводяной смеси осуществляется принудительно. Недостатком системы многократной принудительной циркуляции является наличие специальных циркнасосов сложной конструкции, которые нужно обслуживать и ремонтировать, а также увеличиваются собственные нужды электростанции. В Российской Федерации такие парогенераторы не выпускаются и широкого применения они не нашли. Прямоточные парогенераторы принципиально отличаются тем, что поступающая в испарительный тракт вода на выходе из него полностью превращается в пар, и движение рабочего тела от входа воды в экономайзер до выхода из котла пара осуществляется прину-

5 дительно питательным насосом. Дорогой элемент - барабан в прямоточных парогенераторах отсутствует. Кратность циркуляции в таких котлах равна единице. Надѐжная работа трубной системы обеспечивается повышением скорости рабочей среды в трубах. Виды органических топлив. Органическим топливом называют природные горючие вещества, способные активно вступать в реакцию с кислородом и обладающие значительным удельным тепловыделением (на единицу массы или объема), которые экономически целесообразно сжигать с целью получения тепловой энергии. Топливо, используемое паровыми и водогрейными котлами тепловых электростанций, а также промышленными котельными, называют котельным топливом. Топливо для ТЭС часто называют энергетическим. Учитывая мощность электростанций, запасы этих топлив должны быть значительны и относительно легко доступны для массового использования. Кроме того, энергетическое топливо не должно являться ценным сырьем для других отраслей промышленности. В качестве топлив для электростанций широко используются: из твердых топлив - каменные и бурые угли и отходы их переработки, антрацит и полуантрацит; из жидких - мазут; из газовых - природный и попутный газы. В меньшей мере, в силу ограниченности запасов или производства, сжигаются на ТЭС торф и горючие сланцы, стабилизированная нефть и горючие газы промышленности (доменный, коксовый), хотя в отдельных районах страны они могут составлять заметную часть топливного баланса. Твердое и жидкое органическое топливо. Эти виды топлив состоят из сложных органических соединений, образованных в основном пятью химическими элементами - углеродом С, водородом Н, серой S, кислородом О и азотом N. В состав топлива входят также влага W и негорючие твердые (минеральные) вещества, которые после сгорания образуют сухой остаток - золу А. Влага и зола составляют внешний балласт топлива, а кислород и азот - внутренний его балласт. Расчеты по сжиганию топлива выполняются на основании его элементного состава, т.е. содержания в топливе (по массе в процентах) химических элементов, а также содержания влаги и золы, которые определяются в лабораторных условиях. По составу исходной массы топлива (при разном его состоянии) выделено несколько видов так называемых расчетных масс (рис. 3.1). Рис.3.1. Классификация состава твердого топлива Основной является рабочая масса топлива, представляющая процентное содержание химических элементов и негорючих веществ в натуральном топливе, поступающем на электростанцию С Р + H Р +О Р + N Р + S Р + A Р + W Р = 100%. (3.1) Поскольку содержание внешнего балласта (A Р + W Р ) подвержено изменениям в зависимости от условий хранения и способа добычи топлива, то установить глубину химических преобразований в топливе, т.е. вид этого топлива (бурый, каменный уголь, полуантрацит, антрацит), можно по процентному содержанию элементов в безводном и беззольном составе топлива. Такими массами являются условно горючая и органическая.

6 Понятие горючей массы топлива является условным, так как содержащийся в топливе азот не горит, а кислород является окислителем и частично находится в соединении с горючими компонентами: С Г + H Г +O Г +N Г +S Г = 100%. (3.2) Горючими элементами топлива являются углерод С, водород Н, сера S. Наибольшей теплотой сгорания на единицу массы обладает водород (120,5 МДж/кг), но его в составе топлив немного. Основным горючим элементом является углерод (34,1 МДж/кг). Сера является вредной примесью: выделяет при сгорании мало теплоты (9,3 МДж/кг), но образующиеся оксиды серы приводят к развитию сернокислотной коррозии металла котла. По составу горючей массы прослеживается увеличение доли углерода и уменьшение кислорода по мере старения топлива. Разделение топлив на виды определяется по теплоте горения горючей массы и по объему выхода из нее летучих веществ при нагреве до 850 С. Органическая масса топлива характеризует состав исходного вещества, из которого образовалось это топливо, отличается от условно горючей исключением из последней колчеданной серы S К (в форме пирита FeS 2 ), попавшей в исходную залежь топлива из внешней окружающей породы. Сухая и аналитическая массы топлива используются при лабораторных анализах. При необходимости пересчета состава топлива с одной массы в другую следует выделить, чем (по составу) отличаются эти массы и в какой из них процентное содержание компонентов будет больше. Так, горючая масса по составу отличается от рабочей на значение внешнего балласта, и все компоненты горючей массы на долю этого балласта будут больше (в процентах), чем в рабочей, и наоборот. Природный газ. Механическую смесь различных горючих и негорючих газов представляет собой природный газ. Основными составляющими природного газа являются: метан СН 4 = 86 95%, тяжелые углеводороды С m Н n = 4 9%, азот N 2 = 1 5%. Процентный состав природного газа выражается уравнением СН 4 + SC m H n + N 2 + СО 2 + H 2 S +... = 100%, (3.3) в котором все составляющие выражены в процентах по объему. Балластом в природных газовых топливах являются в основном азот и диоксид углерода, содержание которых не превышает нескольких процентов. На предприятиях состав сжигаемого газа определяется экспериментально газоанализаторами. В табл. 3.1 приведена общая структура используемых в энергетике котельных топлив. Таблица 3.1 Характеристика структуры котельных топлив Вид топлива Горючая часть (Г) Балласт (Б) Твердое Жидкое Газовое (природный газ) Органические соединения, содержащие С, Н, S орг, а также пирит FeS 2, Г SiC 2, Al 2 O 3, СаО, NaO, СаСО 3 и др., Влага Н 2 О, Минеральные соединения = 25 68% Б=32 75% Углеводороды типа С m Н n Твердые полукоксовые частицы, Г =95 96% Горючие газы СН 4,C n H 2n+2, Н 2 S, Г= 91 99,5% Влага Н 2 О, Минеральные примеси типа SiO 2, Аl 2 O 3, Б=3,0 3,5% Негорючие газы СO 2, N 2, O 2, Б=0,5 9,0% Лекция 2 Тепловой баланс парового котла. В паровом котле при сжигании органического топлива образуются высокотемпературные продукты сгорания, обладающие большой тепловой энергией. Значительная часть этой энергии передается радиационным и конвективным теплообменом поверхностям нагрева, заполненным рабочей средой, в результате чего из котла выходит перегретый пар высокого давления и температуры, который направляется далее в паровую турбину.

7 При сжигании 1 кг (или 1 м 3 ) рабочей массы топлива полное количество теплоты, которое может выделиться в топке, называется располагаемой теплотой топлива Q Р Р кдж/кг, или кдж/м Здесь Q Р Н - низшая удельная теплота сгорания топлива на рабочую массу, кдж/кг; Q ДОП - дополнительные источники теплоты, сопутствующие организации сжигания топлива 5.2 где Q ВНШ - теплота, поступившая в котел с воздухом при подогреве его вне агрегата. Эта теплота учитывается в тех случаях, когда воздух предварительно, до поступления в воздухоподогреватель котла, подогревается от постороннего источника, например в калориферах, паром из отбора турбины; Q ТЛ - физическая теплота топлива, поступающего на сжигание в горелки, например, при сжигании мазута и подогреве его перед поступлением в котел; Q П - теплота пара, поступающего в форсунки для распыления мазута; Q К - теплота, затраченная на разложение карбонатов рабочей массы сланцев, содержащей СаСО 3 и MgCO 3 с образованием газообразного СО К 2. Дополнительные источники теплоты учитываются в тепловом балансе, если их значение превышает 0,5% Q Р Н. Обязателен учет Q ДОП при сжигании мазута, когда в формуле (5.2) Q ДОП слагается из первых трех членов. Небольшое различие (Q Р Р > Q Р Н) может иметь место при сжигании углей с высокой влажностью и сернистостью, так как требуется повышение температуры воздуха на входе в воздухоподогреватель для ослабления сернистой коррозии (подвод Q ВНШ ), а при сжигании сланцев Q Р Р = Q Р Н - Q К. Однако в большинстве случаев при сжигании бурых углей, каменных углей и антрацитов различие между Q Р Н и Q Р Р незначительно и не учитывается. То же имеет место при сжигании природного газа. Соответствующие статьи использования (расхода) выделившейся в топочной камере тепловой энергии в расчете на 1 кг (м 3 ) сожженного топлива, кдж/кг, обычно нумеруются цифрами. Та часть теплоты, которая затрачивается на подогрев и испарение воды в трубах поверхностей нагрева, а также на перегрев пара, составляет полезно использованное количество теплоты в паровом котле Q ИСП или Q 1 и определяется повышением энтальпии рабочего тела (вода, пар) при прохождении поверхностей нагрева где D ПЕ, D ВТ - расход свежего и вторично перегретого пара, идущего на турбину, кг/с; D ПР - расход продувочной воды из барабана котла с естественной или принудительной циркуляцией для поддержания заданного солевого режима в контурах циркуляции, кг/с; h П.П, h П.В,h' - энтальпия перегретого пара, питательной воды, поступающей в экономайзер котла, и воды на линии насыщения при давлении в барабане, кдж/кг; h' ВТ, h' ВТ - энтальпия вторично перегретого пара на выходе из промежуточного перегревателя и пара на входе в него, кдж/кг; В - расход сжигаемого топлива, кг/с или м 3 /с. Остальная часть выделившейся теплоты составляет различные тепловые потери, сопутствующие работе парового котла: Q 2 - потери с теплотой уходящих из котла продуктов сгорания; Q 3 - потери с химическим недожогом топлива (газовые горючие компоненты); Q 4 - потери с механическим недожогом топлива (твердые несгоревшие частицы); Q 5 - потери с рассеянием теплоты через внешние ограждения (тепловую изоляцию); Q 6 - потери с физической теплотой удаляемого из топки шлака. На относительно небольших по производительности паровых котлах выделяют еще Q ПР - прочие тепловые потери, связанные с отдачей части насыщенного пара из барабана на нужды электростанции, с отводом теплоты охлаждающими боковыми панелями в топках с цепными решетками и т.п. В итоге уравнение теплового баланса котла записывается в следующем виде: (5.3)

8 (5.4) Полезно использованное количество теплоты складывается из тепловосприятий отдельных поверхностей нагрева котла: (5.5) где Q Т.К - тепловосприятие рабочей среды в поверхностях топочной камеры, кдж/кг; Q К ПЕ, Q ВТ - тепловосприятие пара в конвективных поверхностях основного и промежуточного (вторичного) перегревателей, кдж/кг; Q ЭК - тепловосприятие экономайзера, кдж/кг. Из уравнения (5.5) следует, что тепловосприятие воздухоподогревателя прямо не входит в тепловой баланс котла. Это связано с тем, что теплота, отданная продуктами сгорания воздуху в этой поверхности, возвращается снова в топочную камеру в виде горячего воздуха и дополнительно увеличивает теплосодержание газов в топке. Теплота, отданная газами в воздухоподогревателе, рециркулирует внутри газовоздушного тракта. Вместе с тем ввод горячего воздуха в зону сжигания топлива повышает температуру газов, скорость горения топлива и глубину его выгорания, т.е. приводит к росту эффективности использования топлива. Общий баланс между поступлением и распределением теплоты в паровом котле показан на (рис. 5.1). Здесь теплота горячего воздуха Q Г.В выделена в виде замкнутого внутреннего контура. Рис Баланс теплоты парового котла: 1 - топочная камера; 2, 3 - поверхности основного и промежуточного пароперегревателей; 4 - экономайзер; 5 - воздухоподогреватель Если отнести все расходные статьи теплового баланса к значению Q Р Р, получим относительные доли затрат теплоты в процентах: (5.6) где Q i - любая из абсолютных затрат теплоты. Используя относительные значения затрат теплоты, уравнение теплового баланса (5.4) можно записать так 100 = q 1 + q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q Лекция 3 Слоевое сжигание. Топочное устройство, или топка предназначена для сжигания топлива с целью выделения заключенного в нем тепла и получения продуктов сгорания с возможно большей температурой. В то же время топка служит теплобменным устройством, в котором происходит теплоотдача излучением из зоны горения на более холодные окружающие поверхности нагрева котла, а также устройством для улавливания и удаления некоторой части очаговых остатков при сжигании твердого топлива. По способу сжигания топлива топочные устройства делятся на слоевые и камерные. В слоевых топках осуществляется сжигание твердого кускового топлива в слое, в камерных топках газообразного, жидкого и пылевидного топлива во взвешенном состоянии. Современные котлы обычно используют три основных способа сжигания твердого топлива: слоевой, факельный, вихревой. Топки, в которых производится слоевое сжигание кускового твердого топлива, назы-

9 ваются слоевыми. Эта топка состоит из колосниковой решетки, поддерживающей слой кускового топлива, и топочного пространства, в котором сгорают горючие летучие вещества. Слоевые топки для сжигания разнообразных видов твердого топлива делят на внутренние и выносные, с горизонтальными и наклонными колосниковыми решетками. В зависимости от способа подачи топлива и организации обслуживания слоевые топки подразделяют на ручные, полумеханические и механизированные. Ручными топками называют те, в которых все три операции подача топлива в топку, его шуровка и удаление шлака (очаговых остатков) из топки производятся машинистом вручную. Эти топки имеют горизонтальную колосниковую решетку. Полу механическими топками называют те, в которых механизированы одна или две операции. К ним относят шахтные с наклонными колосниковыми решетками, в которых топливо, загруженное в топку вручную, по мере прогорания нижних слоев перемещается по наклонным колосникам под действием собственной массы. Механизированными топками называют те, в которых подача топлива в толку, его шуровка и удаление из топки очаговых остатков производятся механическим приводом без ручного вмешательства машиниста. Топливо в топку поступает непрерывным потоком. Слоевые топки для сжигания твердого топлива делят на три класса: топки с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижнолежащим на ней слоем топлива, к которым относят топку с ручной горизонтальной колосниковой решеткой. На этой решетке можно сжигать все виды твердого топлива, но вследствие ручного обслуживания ее применяют под котлами паропроизводительностью до 1 2 т/ч. Топки с забрасывателями, в которые непрерывно механически загружают свежее топливо и разбрасывают его по поверхности колосниковой решетки, устанавливают под котлами паропроизводительностью до 6,5-10 т/ч; топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива, к которым относят топки с шурующей планкой и топки с наклонной колосниковой решеткой. В топках с шурующей планкой топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной колосниковой решетки специальной планкой особой формы, совершающей возвратно-поступательное движение по колосниковой решетке. Применяют их для сжигания бурых углей под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч; в топках с наклонной колосниковой решеткой свежее топливо, загруженное в топку сверху, по мере сгорания под действием силы тяжести сползает в нижнюю часть топки. Такие топки применяют для сжигания древесных отходов и торфа под котлами паропроизводительностью до 2,5 т/ч; скоростные шахтные топки системы В. В. Померанцева применяют для сжигания кускового торфа под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч для сжигания древесных отходов под котлами паропроизводительностью 20 т/ч; топки с движущимися механическпми цепными колосниковыми решетками двух типов: прямого и обратного хода. Цепная решетка прямого хода движется от передней стенки в сторону задней стенки топки. Топливо на колосниковую решетку поступает самотеком. Цепная решетка обратного хода движется от задней к передней стенке топки. Топливо на Колосниковую решетку подается забрасывателем. Топки с цепными колосниковыми решетками применяют для сжигания каменных, бурых углей и антрацитов под котлами паропроизводительностью от 10 до 35 т/ч. Взрывоопасность пыли. Угли, сланцы, фрезерный торф и их пыль склонны при хранении и транспортировке к повышению температуры в слое и самовозгоранию. Опасность самовозгорания возрастает с увеличением доступа воздуха в слой топлива и при нагревании топлива. Склонность пыли к самовозгоранию возрастает с ее утонением и уменьшением влажности, с увеличением содержания кислорода и температуры среды, а также при контакте отложившейся пыли с горячими поверхностями.

10 Взрывоопасными следует считать все природные твердые топлива, взвешенная в воздухе пыль которых способна взрываться при наличии источника зажигания. Взрывоопасные свойства пыли твердых топлив обусловлены их природой и зависят от химической активности горючих компонентов его летучих, содержания кокса и золы. Взрывоопасные свойства топлив могут изменяться в пределах вида, марочного состава и месторождения топлива. Топлива подразделяются на четыре группы взрывоопасности, для которых устанавливаются необходимые средства взрывопредупреждения и взрывозащиты: I группа - К т 1,0; II группа - 1,0 < К т 1,5; III группа - 1,5 < К т 3,5; IV группа - К т > 3,5. При совместном или раздельном сжигании в котле топлив, относящихся к различным группам взрывоопасности, средства взрывопредупреждения и взрывозащиты выбираются по наиболее взрывоопасному топливу. Группа взрывоопасности для топлива с неизвестным марочным составом определяется специализированной организацией. Наиболее взрывоопасной является пылевоздушная взвесь с содержанием частиц размерами менее 0,2 мм. Понижение влажности и зольности пыли, повышение температуры пылевоздушной смеси и тонкости помола пыли увеличивают взрывоопасность пылевзвеси. Взрывоопасными являются режимы пуска, останова и аварийные режимы, обусловленные перебоями подачи топлива в мельницу, вследствие его зависания в бункерах и течках топлива, а также при опорожнении мельницы после переполнения ее топливом. Наличие инертных газов (продуктов сгорания топлива) и водяных паров приводит к уменьшению объемного содержания кислорода в пылевоздушной смеси, что снижает риск возникновения взрывоопасной ситуации. Непосредственной причиной взрыва пылевоздушной смеси в системах пылеприготовления является наличие источников зажигания прежде всего тлеющих отложений пыли внутри оборудования и элементов установки, а также очагов горения в топливе, подаваемом в мельницу. Возникновение очагов тления в отложившейся пыли, возможно, уже при содержании кислорода в окружающей газовой среде более 3%. Особую опасность представляет взвихривание тлеющих отложений пыли при пуске и останове в резерв или ремонт оборудования. В тракте топливоподачи возгорание топлива и конвейерных лент может служить источником взрыва угольной пыли. В топочных устройствах при сжигании любого вида топлива может произойти взрыв вследствие образования в топке или в последующих газоходах котла взрывоопасных концентраций пыли из-за недостаточной вентиляции котла при пуске, неустойчивости процесса горения, обрыва факела, при переходе на сжигание с одного вида топлива на другой. Повышенная запыленность помещений топливоподачи, пылеприготовления и котельной приводит к накоплению топливной пыли на элементах строительных конструкций и технологическом оборудовании. При взвихривании этих отложений и наличии источника зажигания может произойти взрыв в объеме помещения, характеризующийся большой мощностью. Источниками зажигания могут быть тлеющие отложения пыли или открытый огонь (сварка, факел, искрение электроконтактов, замыкание проводов, выброс пламени из топки или при разрыве мембран ВПК систем пылеприготовления, курение и т.п.). При запыленности воздуха в помещениях топливоподачи, пылеприготовления и котельной в пределах санитарной нормы (до 10 мг/м 3 ) вероятность взрыва в них взвешенной топливной пыли исключается. Контроль запыленности помещений следует производить не реже одного раза в месяц. Помещения подлежат систематической влажной уборке, исключающей взвихривание отложившейся пыли. Узлы пересыпки топливоподачи должны быть тщательно уплотнены и оборудованы устройствами аспирации и пылеподавления

11 Лекция 4 Сжигание газообразных топлив. Процесс сжигания газообразного топлива протекает в две стадии: смешение горючего с воздухом и собственно горение. При сжигании газообразного топлива основное внимание обращают на смешение горючего и воздуха, что осуществляют с помощью газовых горелок. Газовые горелки можно разбить на две основные группы: горелки с принудительной подачей газа и воздуха и инжекционные, куда газ (реже воздух) подается под большим давлением и, выходя из сопла с большой скоростью, подсасывает (инжектирует) требуемое для горения количество воздуха (или соответственно газа). В горелках с принудительной подачей газ и воздух подаются под давлением мм вод. ст., при этом воздух обычно под несколько большим давлением. В горелке низкого давления конструкции института Теплопроектгаз и воздух, выходя со значительной скоростью (порядка м/сек), перемешиваются. Для лучшего перемешивания газ выходит из сопла под углом к движению воздуха. Окончательное смешение газа и воздуха и частичное сгорание смеси происходит в туннеле горелочного камня. Горелка крепится к горелочной плите. В плите и горелочном камне предусмотрено закрываемое поворотной заслонкой отверстие для зажигания горелки. В турбулентных (завихряющих) горелках газ и воздух смешиваются в самой горелке. Для лучшего перемешивания воздух входит в камеру смешения через ряд продолговатых отверстий перпендикулярно движению газа, чем создается хорошее завихрение его. К горелкам с принудительной подачей газа и воздуха относятся и керамические горелки, например головки мартеновских печей и горелки стекловаренных печей. В инжекционных горелках газ, подаваемый под давлением мм вод. ст. (в зависимости от теплотворной способности газа чем выше теплотворность, тем большее количество воздуха должно быть инжектировано на 1 м2 газа и тем большее необходимо давление последнего), инжектирует воздух. Смешение газа и воздуха происходит в смесителе и горелке. При сжигании газа, хорошо смешанного с воздухом в горелке, получается очень короткий факел, размещающийся в канале горелочного камня и не выходящий в рабочее пространство печи, в связи с чем такое сжигание газа получило название беспламенного горения. Количество засасываемого воздуха регулируется размером щели между смесителем и фланцем, навинченным на сопло. При низких давлениях газ может инжектироваться воздухом, подаваемым под давлением мм вод. ст. Горелки крепят к специальным плитам, установленным на каркасе. Методы расчёта теплообмена в топочной камере. Позонные методы теплового расчёта. Позонный тепловой расчет топочной камеры производят для установления локальных тепловых нагрузок экранов по высоте топки. В основу расчета положено определение температуры газов на выходе из каждой зоны топки исходя из решения уравнений тепловыделения и теплоотвода в пределах зоны. Результаты позонного расчета используются для определения тепловосприятия поверхностей топки и температуры металла экранных труб, что необходимо знать прежде всего для расчета прямоточных парогенераторов. Для определения тепловых нагрузок по высоте топки последняя условно разбивается на несколько зон. Первой является зона расположения горелок. В пределах этой зоны сгорает основная масса топлива, поэтому она называется зоной максимального тепловыделения. Для газомазутных топок зона максимального тепловыделения ограничивается плоскостью пода, и сечением, расположенным на 1,5 м выше амбразур верхнего работающего яруса горелок. Остальная часть топочной камеры разбивается на три шесть приблизительно равных по высоте зон, каждая высотой около 4м. Тепловой расчет зон заключается в определении температуры газов на выходе из каж-

12 дой зоны. Расчет температур производят методом последовательных приближений путем сравнения предварительно принятой и расчетной величин. Последняя должна отличаться от принятой не более чем на 30 С. Температура газов на выходе из топки при позонном расчете должна отличаться от ранее определенной для топки в целом также не более чем на ±30 С. Сечением, по которому определяют температуру газов на выходе из топки, является: в топочных камерах, ограниченных сверху плоскостью ширм верхняя граница последней зоны перед выходом газов ширмы; в остальных конструкциях топочных камер граница или среднее сечение зоны, находящееся на уровне середины выходного газового окна. При разнице в температурах газов более 30 С производят корректировку распределения выгорания топлива по зонам и повторяют расчет. Теплообмен в полурадиационных и конвективных поверхностях нагрева. Поверхность нагрева котла это поверхность из стенок котла, которые разделяют дымовые газы от нагреваемой среды, при помощи которой происходит передача тепла. Поверхность котла снаружи омывается газами, а с внутренней стороны - паром или водой. Определяется поверхность нагрева со стороны, обогреваемой газами. Также существуют поверхности нагрева, которые получают тепло излучением жидкого факела, твердого или жидкого топлива, называется радиационной. Поверхность нагрева остальных элементов котла, принимающая тепло от дымового газа при соприкосновении с ними, называется поверхностью конвективной. К радиационным поверхностям нагрева для котлов относятся экраны, потолочные и настенные пароперегреватели, которые располагаются в топочной камере. Такие поверхности нагрева изготавливаются из бесшовных стальных цельнотянутых труб. Конвективная поверхность котла это поверхность котла, воспринимающая тепло. Теплообмен в системе происходит во время обмывания поверхности продуктами сгорания за счет конвекции. К ней относят все поверхности котла, кроме радиационно-ширмовых перегревателей и топочных экранов. В конвективных и экранных поверхностях котла формируется вода и насыщенный пар определенной температуры. Температура газа, который поступает на выход поверхности нагрева для котла может достигать 1100 C. Части поверхности нагрева котла, включенные по обогреваемой среде последовательными газами и разграниченными камерами, называются ступенями. Обозначаются они: для нижней части экрана НРЧ, для средней части СРЧ, для конвективной части ПКI, для ширм ШI, для впрысков Впр.I. и т.д. В свою очередь, ступени делятся на небольшие части, которые последовательно включаются по обогреваемой среде, а по среде сформированной газов параллельно. Поверхности нагрева котлов, которые обладают высокой производительностью нагрева, компонуются в виде нескольких параллельных контуров так, чтобы потоки воды для обогрева, не смешивались между собой.

docplayer.ru


Смотрите также