Конденсатные баки. В котельных, оборудованных паровыми котлами, для сбора конденсата монтируют конденсатные баки. Их изготовляют из листовой стали на заготовительном предприятии. Баки оборудуют спускной, переливной и воздушной трубами и водоуказательными стеклами. В зависимости от проектного решения конденсатные баки могут быть установлены или в приямке или на полу котельной. В обоих случаях их устанавливают на антисептированные деревянные брусья.
Независимо от места установки баки целесообразно монтировать с помощью стрелового крана до устройства перекрытия над местом их установки.’ Кояденсатный бак окрашивают в соответствии с проектом.
Насосы. Для питания котлов водой применяют ручные, центробежные и паровые насосы.
Ручные насосы используют, как правило, в котельных с секционными котлами в тех случаях, когда давление в сети недостаточно. С помощью ручного насоса можно также., опорожнить, котел.
Ручной насос устанавливают на стене, на высоте 0,8-1 м, в месте, удобном для обслуживания. Болтами его крепят к доске. Вместе с укрепленным на ней насосом, доску устанавливают в проектное положение.
Этим, же ручным насосом иногда удаляют, воду из приямка для конденсатного бака. В углу приямка с этой целью устраивают зумпф, в который опускается труба диаметром 20-25 мм, второй конец трубы присоединяется к трубопроводу обвязки ручного насоса.
Центробежные насосы монтируют по правилам. При их монтаже, так же как и при монтаже другого оборудования, необходимо максимально соблюдать принцип индустриальности, т. е. насосы следует поставлять на место монтажа полностью обвязанными трубопроводами и соответствующей арматурой. Насосы для перекачки конденсата должны быть установлены так, чтобы они находились под заливом.
Паровые поршневые насосы (ГОСТ 11376-71) изготовляются двух типов: прямодействующие двухцилиндровые горизонтальные (ПДГ) и прямодействующие двухцилиндровые вертикальные (ПДВ) в общепромышленном и судовом исполнении. В условном обозначении парового насоса (например, ПДВ 125/8) первая цифра означает подачу (в м куб/час), вторая – давление нагнетания (в кгс/см кв).
Паровые насосы применяются как резервное оборудование для питания паровых котлов. Они поставляются заводом-изготовителем обычно в собранном виде с заглушёнными патрубками. В этом случае ревизия насосов на объекте не производится, насосы подвергаются лишь промывке для снятия консервирующей смазки; также проверяется состояние шеек валов, подшипников и сальников. Паровые насосы имеют большую массу и их установка в проектное положение производится с помощью кранов или других такелажных средств.
Водоподогреватели. К вспомогательному оборудованию котельной относятся также различные типы водоподогревателей. Их устанавливают, как правило, на металлических, бетонных и железобетонных подставках, а также на кронштейнах. Между водоподогревателем и основанием прокладывают листовой асбест толщиной 4-5 мм. На рис.6 в качестве примера показана установка емкостного водоподогревателя. Аналогично устанавливают скоростные водоподогреватели. Водоподогреватели могут быть смонтированы не только в здании котельной, но и в тепловых пунктах и других сооружениях. При их монтаже необходимо предусматривать возможность вытаскивания внутренних пучков труб для ремонта, замены и т. п.
Водоподогреватели испытывают гидравлическим давлением, в 1,5 раза превышающем максимальное рабочее давление, но не менее 2 кгс/см кв для паровой части и 4 кгс/см кв для водяной части. Время испытания и конечные результаты такие же, как и для секционных котлов.
Тягодутьевые машины. К тягодутьевым машинам относятся дутьевые вентиляторы типа ВД и дымососы типа Д. Эти тягодутьевые машины – консольного типа; состоят они из следующих узлов: ходовой части, рабочего колеса, улитки и направляющего аппарата. Дымосос отличается от вентилятора более массивной улиткой и рабочими лопатками. Некоторые модификации дымососов имеют систему водяного охлаждения подшипников.
Монтируют дымососы и вентиляторы в следующем порядке. На фундамент устанавливают сварную металлическую раму под ходовую часть и улитку, верхний патрубок которой должен находиться в проектном положении. К улитке после ее установки приваривают опорные уголки (которые на заводе были к ней прихвачены). Затем на улитке отбалчивают съемную верхнюю часть для возможности установки рабочего колеса с валом и осевого направляющего аппарата. После установки этих деталей и выверки по уровню горизонтальности вала устанавливают верхнюю часть улитки на асбестовой прокладке. Далее приваривают сальник, уплотняющий место входа вала в улитку, и проверяют легкость вращения вала от руки, после чего на вал двигателя надевают расточенную полумуфту и на фундаментной раме с ходовой частью устанавливают электродвигатель. По окончании этих операций цементным раствором заливают опорные уголки улитки и нижнюю часть опорной рамы и электродвигателя. После схватывания раствора проверяют затяжку анкерных болтов и центруют электродвигатель и ходовую часть. К змеевику ходовой части подводят водопровод из труб диаметром 15 мм (эта операция выполняется только при монтаже некоторых конструкций дымососов), в корпус ходовой части заливают масло до верхнего уровня по риске маслоуказателя и устанавливают термометр. После выполнения этих операций тягодутьевая машина считается подготовленной к пуску.
Основное и вспомогательное оборудование котельной необходимо для эффективного обогрева и обеспечения помещений горячим водоснабжением.
К нему принято относить:
Топка;
пароперегреватель;
воздухоподогреватель;
водяной экономайзер;
обмуровка и каркас с площадками и лестницами;
гарнитура и арматура.
В его состав входят:
Питательные и тягодутьевые устройства;
оборудование для топливоподачи;
оборудование для водоподготовки;
система автоматизации;
контрольно-измерительные приборы.
Механизм работы |
Помогает правильному функционированию всей системы. За счет горелочных устройств топливо в котле доставляется в топку с последующим сгоранием. Необходимый воздух сюда доставляется дутьевым вентилятором, а также может подсасываться через колосниковую решетку, если имеется естественная тяга. Подогрев воздуха воздухоподогревателем повышает эффективность и экономичность котельной. Дымовые же газы удаляются в атмосферу.
Сырая вода, перемещаясь через катионные фильтры, смягчается и направляется в деаэратор, в котором ликвидируются коррозионно-активные газы. Далее вода поступает в бак деаэрованной воды, забирается насосом и идет в паровой котел. После поверхностей нагрева вода собирается в верхнем барабане. Пар из котла направляется в паровой общекотельный коллектор, а потом идет уже потребителям. Следует особенно тщательно выбирать основное и любое вспомогательное оборудование котельной.
В процессе сжигания топлива не все объемы тепла, выделяемые в топке, эффективно применяются с целью нагрева воды или парообразования. Тепло частично теряется вместе с уходящими из котла газами, механическим и химическим недожогом. Важная задача - минимизировать данные потери. Тепловой баланс котла - это равенство направленного в котел тепла и задействованного, складываемое из использованного полезно тепла, необходимого для выработки горячей воды или пара, тепловых потерь от работы котельной установки. На один килограмм твердого или жидкого топлива тепловой баланс составляет один метр кубический газообразного топлива.
Котельными агрегатами называют устройства, предназначенные для получения пара или горячей воды повышенного давления за счет теплоты, выделяемой при сжигании топлива, или теплоты, подводимой от посторонних источников (обычно с горячими газами). Они делятся на паровые и водогрейные котлы. Котельные агрегаты, использующие (т.е. утилизирующие) теплоту отходящих из печей газов или других основных и побочных продуктов различных технологических процессов, называют котлами-утилизаторами.
В состав котла входят: топка, пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель, каркас, обмуровка, тепловая изоляция, обшивка.
Вспомогательным оборудованием считают: тягодутьевые машины, устройства очистки поверхностей нагрева, оборудование топливоприготовления и топливоподачи, шлако- и золоудаления, золоулавливающие и другие газоочистительные устройства, газовоздухопроводы, трубопроводы воды, пара и топлива, арматуру, гарнитуру, автоматику, приборы и устройства контроля и зашиты, водоподготовительное оборудование и дымовую трубу.
К арматуре относят регулирующие и запорные устройства, предохранительные и водопробные клапаны, манометры, водоуказательные приборы.
В гарнитуру входят лазы, гляделки, люки, шиберы, заслонки.
Здание, в котором располагаются котлы, называют котельной.
Комплекс устройств, включающий в себя котельный агрегат и вспомогательное оборудование, называют котельной установкой. В зависимости от вида сжигаемого топлива и других условий некоторые из указанных элементов вспомогательного оборудования могут отсутствовать.
Котельные установки, снабжающие паром турбины тепловых электрических станций, называют энергетическими. Для снабжения паром производственных потребителей и отопления зданий случаев создают специальные производственные и отопительные котельные установки. В качестве источников теплоты для котельных установок чаще всего используются природные и искусственные топлива, отходящие газы промышленных печей и других устройств и т.д.
Технологическая схема котельной установки с барабанным паровым котлом, работающим на пылевидном угле, приведена на Рис. 7.1.
Топливо с угольного склада после дробления подается конвейером в бункер сырого угля 7, из которого направляется в систему пылеприготовления, имеющую углеразмольную мельницу 2. Пылевидное топливо с помощью специального вентилятора транспортируется по трубам в воздушном потоке к горелкам 4 топки котла 5, находящегося в котельной 14. К горелкам подводится также вторичный воздух дутьевым вентилятором 13 (обычно через воздухоподогреватель котла 10). Вода для питания котла подается в его барабан 7 питательным насосом 12 из бака питательной воды 11, имеющего деаэрационное устройство. Перед подачей воды в барабан она подогревается в водяном экономайзере 9 котла. Испарение воды происходит в трубной системе 6. Сухой насыщенный пар из барабана поступает в пароперегреватель 8, затем направляется к потребителю.
Рис.1. Технологическая схема котельной установки
Топливно-воздушная смесь, подаваемая горелками в топочную камеру (топку) парового котла, сгорает, образуя высокотемпературный (1500 °С) факел, излучающий тепло на трубы 6, расположенные на внутренней поверхности стен топки. Это - испарительные поверхности нагрева, называемые экранами. Отдав часть теплоты экранам, топочные газы с температурой около 1000 °С проходят через верхнюю часть заднего экрана, трубы которого здесь расположены с большими промежутками (эта часть носит название фестона), и омывают пароперегреватель. Затем продукты сгорания движутся через водяной экономайзер, воздухоподогреватель и покидают котел с температурой, несколько превышающей 100 °С. Уходящие из котла газы очищаются от золы в золоулавливающем устройстве 15 и дымососом 16 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 17. Уловленная из дымовых газов пылевидная зола и выпавший в нижнюю часть топки шлак удаляются, как правило, в потоке воды по каналам, а затем образующаяся пульпа откачивается специальными багерными насосами 18 и удаляется по трубопроводам.
Барабанный котельный агрегат состоит из топочной камеры и газоходов, барабана, поверхностей нагрева, находящихся под давлением рабочей среды (воды, пароводяной смеси, пара), воздухоподогревателя, соединительных трубопроводов и воздуховодов (Рис. 7.1). Поверхности нагрева, находящиеся под давлением, включают в себя водяной экономайзер, испарительные элементы, образованные в основном экранами топки и фестоном, и пароперегреватель. Все поверхности нагрева котла, в том числе и воздухоподогреватель, как правило, трубчатые. Лишь некоторые мощные паровые котлы имеют воздухоподогреватели иной конструкции. Испарительные поверхности подключены к барабану и вместе с опускными трубами, соединяющими барабан с нижними коллекторами экранов, образуют циркуляционный контур. В барабане происходит разделение пара и воды, кроме того, большой запас воды в нем повышает надежность работы котла.
Нижнюю трапециевидную часть топки котельного агрегата (Рис. 7.1) называют холодной воронкой - в ней охлаждается выпадающий из факела частично спекшийся зольный остаток, который в виде шлака проваливается в специальное приемное устройство. Газомазутные котлы не имеют холодной воронки. Газоход, в котором расположены водяной экономайзер и воздухоподогреватель, называют конвективным (конвективная шахта), в нем теплота передается воде и воздуху в основном конвекцией. Поверхности нагрева, встроенные в этот газоход и называемые хвостовыми, позволяют снизить температуру продуктов сгорания от 500-700°С после пароперегревателя почти до 100°С, т.е. полнее использовать теплоту сжигаемого топлива.
Вся трубная система и барабан котла поддерживаются каркасом состоящим из колонн и поперечных балок. Топка и газоходы защищены от наружных теплопотерь обмуровкой - слоем огнеупорных и изоляционных материалов. С наружной стороны обмуровки стенки котла имеют газоплотную обшивку стальным листом с целью предотвращения присосов в топку избыточного воздуха и выбивания наружу запыленных горячих продуктов сгорания, содержащих токсичные компоненты.
В общем случае газовая котельная установка - это совокупность котла и вспомогательного оборудования. Она включает в себя следующие основные устройства: котлы, экономайзеры и воздухоподогреватели. Котлы являются ее главной частью. Котлы, в которых вырабатывается пар, называют паровыми ; предназначенные для выработки горячей воды - водогрейными ; вырабатывающие водяной пар и горячую воду одновременно - комбинированными . В котлах дымовые газы, образовавшиеся в топочном устройстве при сгорании газообразного топлива, омывают поверхность нагрева котла, отдавая ей часть заключенной в них тепловой энергии, и покидают котел с более или менее высокой температурой. Для дополнительного использования теплоты, содержащейся в дымовых газах, уходящих из котла, за ними устанавливают так называемые хвостовые поверхности нагрева - экономайзер, в котором подогревается питательная или сетевая вода, или воздухоподогреватель, в котором подогревается воздух, идущий на горение в топочное устройство. В зависимости от местных условий экономайзеры и воздухоподогреватели иногда не устанавливают или устанавливают только одно из названных устройств. Схемы и конструкции котлов, экономайзеров и воздухоподогревателей рассмотрены в разделе II.
Кроме перечисленного основного оборудования, теплогенерирующая установка должна иметь вспомогательное оборудование, в состав которого входят: тяговое устройство, дутьевая установка, питательные или сетевые насосы, устройства подготовки питательной воды, идущей на питание паровых котлов, или подпиточной воды, идущей на восполнение утечек в тепловой сети, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы, средства регулирования и управления, устройства топливоподачи.
Тяговое устройство предназначено для создания разрежения в газоходах теплогенерирующей установки, необходимого для удаления в атмосферу охлажденных дымовых газов и преодоления сопротивлений при их движении в газоходах установки. К тяговым устройствам принадлежат дымососы (искусственная тяга) и дымовая труба (естественная тяга).
Дутьевая установка состоит из вентиляторов и воздуховодов, служащих для подачи воздуха в топку котельного агрегата.
Питательные насосы служат для подачи воды в паровой котел. В котельной устанавливают баки питательной воды, в которые поступает конденсат пара, возвращаемый от потребителя, и подводится добавочная вода, покрывающая потери пара у потребителя. Питательный насос забирает воду из этих питательных баков и подает ее в паровой котел.
Сетевые (циркуляционные) насосы устанавливают в водогрейных котельных. В таких установках трубопровод обратной воды отопительной системы присоединяют к сетевому насосу, который прокачивает воду через котел и затем по нагнетательному трубопроводу подает ее в отопительную систему. Таким образом, котел включается в контур циркуляции воды через отопительную систему.
Устройства для подготовки питательной или подпиточной воды включают в себя водозаборные устройства, установки хим-водообработки и деаэрации. В установке химводообработки умягчают (удаление соли жесткости, вызывающие отложение накипи на тепловоспринимающих поверхностях котла) исходную сырую воду, а в деаэраторе удаляют коррозионно-активные газы из химобработанной воды. Деаэрированная вода подается на питание паровых котлов питательными насосами и подпитку тепловых сетей подпиточными.
Для контроля и автоматического регулирования процессов, протекающих в котельной установке, служат приборы контроля и автоматики.
Котельную установку топливом (природным газом) обеспечивает оборудование топливоподачи, включающее в себя отвод от магистрального трубопровода и газорегуляторный пункт, в котором снижают давление газа от магистрального до необходимого для работы газовых горелок и поддержания давления газа на входе в горелку в заданных пределах.
Паровой котел вместе с совокупностью оборудования обеспечивающего его работу, называется котельной установкой. В состав котельной установки, кроме парового котла, входят оборудование топливоприготовления, тягодутьевая установка и устройства золоулавливания газовоздушного тракта котла, питательные насосы и регулирующие устройства питательного тракта, электродвигатели и системы управления и защиты парового котла.
На рис. 2.3 показана котельная установка с барабанным паровым котлом относительно небольшой паропроизводительности при сжигании твердого топлива. Рядом с котлом располагаются система пылеприготовления из поступающего на станцию кускового топлива, тягодутьевая установка, обеспечивающая подачу воздуха в котел и отвод продуктов сгорания после их очистки в дымовую трубу. К обслуживанию котельной установки относят питательные насосы, подающие воду в котел, которые по технологической схеме расположены в турбинном отделении. К котельной установке относится также система дренажей коллекторов и непрерывной продувки из барабана с оборудованием для использования теплоты этих потоков (сепараторы, теплообменники).
Рис. 2.3. Общая технологическая схема парогенераторной установки, работающей на твердом топливе
2 – бункер разгрузочного устройства; 3 – дробильный блок; 4 – бункер парогенератора для сырого топлива; 5 – мельница для размола топлива; 6 – эксгаустер; 7 – барабан парогенератора; 8 – пароперегреватель; 9 – водяной экономайзер; 10 – воздухоподогреватель; 11 – вентилятор; 12 – деаэратор; 13 – питательный насос; 14 – золоуловитель; 15 дымосос; 16 – дымовая труба; 17 – ленточный транспортер; 19 – багерная насосная система золоудаления
Котел для сжигания твердого топлива имеет в нижней части топки устройство для удаления шлаков, образующихся в зоне ядра горящего факела. Для охлаждения шлаков выполняют сближение двух противоположных экранов топки, охлаждаемых изнутри на этом участке водой. Это устройство называется холодной воронкой. При сжигании газа и мазута этой проблемы нет и нижняя часть топки имеет горизонтальный под, выложенный огнеупорным материалом.
Обмуровка стен топочной камеры и газоходов крепится к специальному каркасу котла, который принимает на себя также вес металла всех поверхностей нагрева, коллекторов и барабана.
Газовоздушный тракт - единая система воздушных коробов и газоходов, обеспечивающая подачу воздуха через воздухоподогреватель и горелки
в топку, движение образующихся продуктов сгорания (газов) по газоходам котла и удаление охлажденных газов в дымовую трубу. Движение воздуха и газов в зависимости от мощности и размеров котла может быть организовано за счет естественной или принудительной тяги.
В котлах малой паропроизводительности без организации подогрева воздуха для горения при, относительно короткой длине газоходов (рис. 2.4а) возникает небольшое сопротивление при движении газов, которое преодолевается за счет естественной тяги дымовой трубы. Естественная тяга или самотяга Н с, Па, определяется разностью давлений гидростатических столбов атмосферного воздуха снаружи и нагретой газовой среды внутри трубы:
H c = h тр (ρ в -ρ г)g, (2.4)
где h тр - высота дымовой трубы, м; ρ в, ρ г - плотность холодного воздуха (при 20-30°С) и газов (при температуре на выходе из котла), кг/м 3 ; g- ускорение под действием сил земного притяжения, м/с 2 . В среднем для трубы высотой 100 м значение Н с = 350 - 400 Па или 35-40 кгс/м 2 (35-40 мм в. ст.).
В котлах большой мощности увеличивается количество трубных поверхностей в газовом потоке, появляется подогрев воздуха за счет тепла газов, газоходы значительно удлиняются и имеют как подъемные, так и опускные участки, где необходимо преодолевать собственную самотягу газов, направленную вверх. Дополнительно необходимо иметь запас напора для регулирования расходов. В этом случае сопротивление газовоздушного тракта становится очень большим и не может быть преодолено за счет тяги дымовой трубы, поэтому организуется принудительное движение воздуха и газов.
Совместная работа воздушного и газового трактов котла может быть организована двумя способами. По первому способу (рис. 2.4,б) газовоздушный тракт котла включает в себя дутьевые вентиляторы для подачи атмосферного воздуха под давлением 2,5-4-5 кПа (250 - 500 мм в. cт.) через воздухоподогреватели к горелкам и части горячего воздуха в углеразмольные мельницы. Сопротивление газового тракта котла, а также аппаратов золоулавливания и газоходов до дымовой трубы преодолевается дымососами, имеющими напор 2,0-3,5 кПа. В: этом случае весь воздушный тракт на участке «вентилятор-топка» находится под давлением, выше атмосферного. Продукты сгорания удаляют из котла дымососами, в связи с чем топка и все газоходы находятся под разрежением. Такую схему тяги и дутья называют уравновешенной. Контрольной точкой, обеспечивающей согласование работы дутьевых вентиляторов и дымососов, является давление газов на выходе из топочной камеры. Здесь устанавливается и автоматически поддерживается небольшое разрежение (давление ниже атмосферного), составляющее 30-50 Па (3-5 мм вод. ст.). Дутьевой вентилятор подает столько воздуха, сколько нужно для полного сжигания топлива, а регулирующие устройства дымососов изменяют производительность так, чтобы в верху топки постоянно сохранять указанное небольшое разрежение. Ввиду работы всего газового тракта при давлении ниже атмосферного через неплотности его ограждений происходят присосы окружающего воздуха, что заметно увеличивает объем перекачиваемых дымососами газов. В среднем доля присосов воздуха составляет около 20-30% объема газов, образующихся в топке при горении топлива.
Транспорт воздуха до топки и продуктов сгорания до выхода в атмосферу можно также обеспечить специальными высоконапорными дутьевыми вентиляторами без применения дымососов. В этом случае топка и газоходы будут находиться под некоторым избыточным давлением - наддувом. Весь газовый тракт котла при наддуве находится под избыточным давлением в сравнении с атмосферным. В этом случае, чтобы исключить проникновение в котельное отделение токсичных газов, необходимо обеспечить полную газоплотность всех стен газоходов котла, что достигается переходом на новую технологию производства настенных экранов и заметно удорожает котел.
 |  |
Рис. 2.4. Схемы газовоздущных трактов котлов: а - с естественной тягой; б - с уравновешенней тягой; 1 - воздухозаборник; 2 - короб горячего воздуха; 3 - присосы холодного воздуха; 4 - контроль разрежения на выходе из топки; 5 - топливозабрасыватель; Б - барабан-сепаратор; ПП - пароперегреватель; ЭК - экономайзер; ВП - воздухоподогреватель; ДВ - дутьевой вентилятор; ДС - дымосос; ДТ - дымовая труба; ПС - система пылеприготовления; Г - горелка; Т - топочная камера (топка).
Вместе с тем переход на газоплотность тракта исключает присосы воздуха и уменьшает объем удаляемых из котла газов. Напор, который создает высоконапорный дутьевой вентилятор, меньше, чем сумма напоров дутьевого вентилятора и дымососа в уравновешенной схеме. Это приводит к экономии энергии на привод тягодутьевых машин. К тому же высоконапорный дутьевой вентилятор перекачивает объем холодного воздуха, а дымососы - достаточно «горячих» газов с увеличенным дельным объемом, что дополнительно снижает затраты энергии на перекачку.
В длительной эксплуатации газоплотного котла в разных его местах за счет термических напряжений со временем происходит разгерметизация тракта, исключение которой требует больших, постоянных затрат. Поэтому в эксплуатации используют газоплотные по конструкции поверхности котла
