Схема современного котла и его основные элементы

Введение

Непрерывный рост промышлен­ного производства страны связан со значительным возрастанием по­требления тепла на технологические нужды. Широкое жилищное строи­тельство также вызывает большой рост потребления тепла, значительная часть которого покрывается за счет теплофикации от мощных теп­лоэлектроцентралей (рис. 1).

В условиях современного строи­тельства крупных конденсационных тепловых электростанций с мощны­ми блоками 300, 500, 800 и 1200 Мвтприменение теплофикации эффективно лишь при значительном увеличении единичной мощности теплофикационных турбин.

При низких (50–100 Гкал/ч) тепловых нагрузках сооружение теплоэлектроцентралей с установ­кой на них паровых турбин и энер­гетических котельных агрегатов с вспомогательным оборудованием в настоящее время экономически не может быть оправдано.

Рис. 1 . Схема комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на ТЭЦ.

ПК – паровой котел; ПП – пароперегреватель; РОУ – редукционно-охладительная установка; ЦВД – цилиндр высокого давления; ЦНД – цилиндр низкого давления; ЭГ – электрический генератор; К – конденсатор; КН – конденсатный насос; ТП – тепловой потребитель; НОК – насос обратного конденсата; КБ – конденсатный бак; ПН – питательный насос

Одним из путей рационального теплоснабжения районов с низкими тепловыми нагрузками является сооружение крупных центральных производственно-отопительных ко­тельных с паровыми и водогрейными котлами и отопительных с водогрейными котлами (рис. 2а).

Рис. 2. Схема раздельной выработки тепловой (а) и электрической (б) энергии

Наряду с этим в крупных городах на теплоэлектроцентралях для покрытия пиковых тепловых нагрузок устанавливают водогрейные котлы теплопроизводительностью 100 и 180 Гкал/ч.Это позволяет не только обеспечить теплом потребителей, но и уменьшить его себестои­мость за счет сниженных расходов топлива, уменьшения численности персонала, эксплуатационных и не­которых других затрат.

Использование производственно-ото­пительных и отопительных котель­ных сохранится на достаточно дли­тельный срок и для осуществления рационального теплоснабжения не­обходимо максимальное укрупнение котельных всех типов и оснащение их современными котлоагрегатами большой единичной производительности.

В зависимости от характера тепловых нагрузок котельные установки принято раз­делять на следующие типы:

Производственные – пред­назначенные для снабжения теплом технологических потребителей.

Производственно - отопи­тельные – осуществляющие теп­лоснабжение технологических по­требителей, а также дающие тепло для отопления, вентиляции и горя­чего водоснабжения промышлен­ных, общественных, жилых зданий и сооружений.

Отопительные – выраба­тывающие тепловую энергию для нужд отопления, вентиляции и го­рячего водоснабжения жилых, об­щественных, промышленных зданий и сооружений.

схема современного котла и его основные элементы

Теплогенерирующей установкой называют сово­купность устройств и механизмов для производства теп­ловой энергии в виде водяного пара, горячей воды или подогретого воздуха. Водяной пар используют для тех­нологических нужд в промышленности и сельском хозяй­стве, для приведения в движение паровых двигателей, а также для нагрева воды, направляемой в дальнейшем на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Горячую воду и подогретый воздух используют для ото­пления производственных, общественных и жилых зда­ний, а также для коммунально-бытовых нужд населения. Теплогенерирующие установки предназначены для про­изводства тепловой энергии из первичных источников энергии, которыми являются: органическое и ядерное топливо, солнечная и геотермальная энергия, го­рючие и тепловые отходы промышленных произ­водств.

Котельные установки по виду вырабатываемого теплоносителя разделяют на три основных класса: паровые ко­тельные установки для производства водяного пара, водо­грейные котельные установки для получения горячей воды исмешанные котельные установки, оборудованные паровы­мииводогрейными котлами, используемыми для получения пара и горячей воды одновременно или попеременно.

Котельная установка состоит из котельного агрегата и вспомогательного оборудования.

Всостав котельного агрегата входят топочное устрой­ство, паровой котел пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, каркас с лестницами и помостами для обслуживания, обмуровка, тепловая изоляция, обшивка, арматура, гарнитура и газоходы. К вспомогатель­ному оборудованию относятся дутьевые вентиляторы, дымо­сосы, питательные, подпиточные и циркуляционные насосы, водоподготовительные и пылеприготовительные установки, системы топливоподачи, золоулавливания и шлакозолоудаления. При сжигании жидкого топлива к вспомогатель­ному оборудованию относится мазутное хозяйство, при сжи­гании газообразного топлива – газорегуляторный пункт (ГРП) или газорегуляторная установка (ГРУ).

Паровым котлом называется устройство, состоящее из топки, испарительных поверхностей для получения пара, потребляемого вне этого устройства, с давлением выше атмо­сферного за счет теплоты, выделяющейся при сжигании топ­лива. Водогрейным котлом называется теплообменное устройство, в котором за счет источника энергии (топлива) нагревается вода, находящаяся под давлением выше атмо­сферного и используемая в качестве теплоносителя вне самого устройства.

Топочное устройство котлоагрегата предназначено для сжигания топлива и превращения его химической энергии в теплоту. Обмуровка котла – это система огнеупорных и теплоизоляционных ограждений или конструкций котла, предназначенных для уменьшения тепловых потерь и обес­печения газовой плотности. Несущую металлическую кон­струкцию, воспринимающую вес котла с учетом временных и особых нагрузок и обеспечивающую требуемое взаимное расположение элементов котла, называют каркасом.

Пароперегреватель – устройство для повышения тем­пературы пара выше температуры насыщения, соответ­ствующей давлению в котле. Он представляет собой систему змеевиков, соединенных на входе насыщенного пара с ба­рабаном котла и на выходе – с камерой перегретого пара.

Водяной экономайзер – устройство, обогреваемое про­дуктами сгорания топлива и предназначенное для подогре­ва или частичного испарения поступающей в котел воды.

Воздухоподогреватель – устройство для подогрева воз­духа продуктами сгорания топлива перед подачей его в топ­ку котла.

Арматура – специальные устройства, предназначенные для регулирования расхода транспортируемого вещества, отключения и включения потоков газа, пара и воды. По назначению арматуру подразделяют на запорную, регули­рующую, предохранительную, контрольную и специальную. Запорная арматура (вентили, задвижки и краны) предна­значена для периодического включения или отключения от­дельных участков трубопроводов. Регулирующая арматура (регулирующие вентили и клапаны) служит для изменения или поддержания в трубопроводах давления и расхода транспортируемого вещества. Предохранительную армату­ру (грузовые, пружинные предохранительные и обратные клапаны) применяют для автоматического открытия про­хода, если давление превысит допустимое значение, а также для предотвращения обратного движения жидкости или газа. Контрольную арматуру (контрольные краны, указа­тели уровня, трехходовые краны для манометров) исполь­зуют для проверки наличия вещества в трубопроводе и определения его уровня. Специальная арматура (конденсатоотводчики и влагомаслоотделители) служит для удаления конденсата, отделения масла других продуктов от газа.

К гарнитуре котла относятся устройства для обслужива­ния газоходов и топки котла: лазы, гляделки, затворы шла­ковых и золовых бункеров, газовые и воздушные клапаны и заслонки, взрывные клапаны, а также обдувочные аппараты. Лазы предназначены для осмотра и ремонта поверхностей нагрева, гляделки – для визуального осмотра топки и газо­ходов с наружной стороны котла, затворы шлаковыхи золовых бункеров – для периодического удаления золы и шлака из бункеров, газовые и воздушныеклапаны и заслон­ки – для отключения газоходов, регулирования тяги и дутья. Взрывные клапаны выпускают дымовые газы при по­вышении давления в топке или газоходе котла, предохраняя их от разрушения. Обдувочные аппараты применяют для удаления с поверхностей нагрева золы и шлака (струей пара или сжатого воздуха).

Питательные и подпиточные устройства (насосы, баки, трубопроводы) предназначены для подачи воды в котел или тепловую сеть (систему отопления).

Тягодутьевые устройства предназначены для подвода в топку котла воздуха, необходимого для сгорания топлива, и отвода из котла продуктов сгорания. Состоят они из дутьевых вентиляторов, воздуховодов, газоходов, дымососов и дымовой трубы, при помощи которых обеспечиваются по­дачанеобходимого количества воздуха в топку, движение продуктов сгорания по газоходам и удаление их в атмо­сферу.

Водоподготовительные устройства служат для подогре­ва и умягчения питательной воды и состоят из аппаратов и приспособлений, обеспечивающих очистку от механических примесей и растворенных в ней накипеобразующих солей, а также для удаления из нее газов.

Топливоподготовительное устройство в котельных, ра­ботающих на пылевидном топливе, предназначено для из­мельчения топлива до пылевидного состояния; его оборудуют дробилками, сушилками, мельницами, питателями, вен­тиляторами, транспортерами и пылегазопроводами.

Устройство для удаления золы и шлака состоит из гидравлических систем и механических приспособлений: транспортеров, вагонеток и др.

Топливный склад предназначен для хранения топлива; его оборудуют механизмами для разгрузки и подачи топ­лива в котельную или в топливоподготовительное устрой­ство.

К устройствам теплового контроля и автоматического управления относятся контрольно-измерительные приборы и автоматы, обеспечивающие бесперебойную и согласован­ную работу отдельных устройств котельной установки для выработки необходимого количества пара заданных пара­метров (температуры, давления).

При сжигании пылевидного топлива применяют пылеугольные горелки, газообразного топлива – газовые го­релки, топочного мазута – мазутные форсунки, газообраз­ного топлива и топочного мазута – комбинированные га­зомазутные горелки.

2. ИСТОЧНИКИ ТЕПЛА И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

2.1. Источники энергии.

Источниками энергии, в том числе и тепловой, могут служить вещества, энергетический потенциал которых достаточен для последующего преобразования их энергии в другие ее виды с целью последующего целенаправленного использования. Энергетический потенциал веществ является параметром, позволяющим оценить принципиальную возможность и целесообразность их использования как источников энергии, и выражается в единицах энергии: джоулях (Дж) или киловатт (тепловых)-часах [кВт(тепл.)·ч].

Все источники энергии условно делят на первичные и вторичные Первичными источниками энергии называют вещества, энергетический потенциал которых является следствием природных процессов и не зависит от деятельности человека. К первичным источникам энергии относятся: ископаемые горючие и расщепляющиеся вещества, нагретые до высокой температуры воды недр Земли (термальные воды), солнце, ветер, реки,моря, океаны и др. Вторичными источниками энергииназывают вещества, обладающие определенным энерге­тическим потенциалом и являющиеся побочными продуктами деятельности человека; например, отработавшие горючие органические вещества, городские отходы, горячий отработанный теплоноситель промышленных производств (газ, вода, пар), нагретые вентиляционные вы­бросы, отходы сельскохозяйственного производства и др.

Первичные источники энергии условно разделяют на невозобновляющиеся, возобновляющиеся и неисчерпае­мые. К невозобновляющимся первичным источникам энергии относят ископаемые горючие вещества: уголь, нефть, газ, сланец, торф и ископаемые расщепляющиеся вещества: уран и торий. К возобновляющимся первичным источникам энергии относят все возможные источники энергии, являющиеся продуктами непрерывной деятель­ности Солнца и природных процессов на поверхности Земли: ветер, водные ресурсы, океан, растительные продукты биологической деятельности на Земле (древесину и другие растительные вещества), а также и Солнце. К практически неисчерпаемым первичным источника энергии относят термальные воды Земли и вещества, которые могут быть источниками получения термоядерной энергии.

Ресурсы первичных источников энергии на Земле оцениваются общими запасами каждого источника и его энергетическим потенциалом, т. е. количеством энергии, которая может быть выделена из единицы его массы. Чем выше энергетический потенциал вещества, тем вы­ше эффективность его использования как первичного источника энергии и, как правило, тем большее распро­странение оно получило при производстве энергии. Так, например, нефть имеет энергетический потенциал, рав­ный 40000–43000 МДж на 1т массы, а природный и попутный газы – от 47210 до 50650 МДж на 1т массы, что в сочетании с их относительно невысокой стоимостью добычи сделало возможным их быстрое распространение в 1960–1970-х годах как первичных источников тепловой энергии.

Использование ряда первичных источников энергии до последнего времени сдерживалось либо сложностью технологии преобразования их энергии в тепловую энергию (например, расщепляющиеся вещества), либо относительно низким энергетическим потенциалом первичного источника энергии, что требует больших затрат на получение тепловой энергии нужного потенциала (например, использование солнечной энергии, энергии ветра и др.). Развитие промышленности и научно-производственного потенциала стран мира привело к созданию и реализации процессов производства тепловой энергии из ранее не разрабатывавшихся первичных источников энергии, в том числе к созданию атомных станций теплоснабжения, солнечных генераторов теплоты для теплоснабжения зданий, теплогенераторов на геотермальной энергии.