Схема котельной установки. типы котлов и их основные характеристики

В зависимости от назначения котельная установка состоит из котла соответствующего типа и вспомогательного обо­рудования, обеспечивающего его работу. Котел —это конструк­тивно объединенный в одно целое комплекс устройств для получе­ния пара или для нагрева воды под давлением за счет теплоты сжигаемого топлива, при протекании технологического процесса или преобразовании электрической энергии в тепловую.

Для нормального функционирования котла необходимо обес­печить подготовку и подачу к нему топлива, подачу окислителя для горения, а также удалить образующиеся продукты сгорания, золу и шлак (при сжигании твердого топлива) и др. Вспомога­тельное оборудование котла — это дутьевые вентиляторы и дымо­сосы для подачи воздуха в котел и удаления из него в атмосферу продуктов сгорания; бункера, питатели сырого топлива и пыли; углеразмольные мельницы для обеспечения непрерывной подачи и приготовления пылевидного топлива требуемого качества; золо- улавливающее и золошлакоудаляющее оборудование для очистки дымовых газов от золовых частиц с целью охраны окружающей среды от загрязнения и для организованного отвода уловленной золы и шлака; устройства для профилактической очистки наруж­ной поверхности труб котла от загрязнений; контрольно-измери­тельная аппаратура; водоподготовительные установки для обра­ботки исходной (природной) воды до заданного качества.

Рассмотрим схему котельной установки (рис. 5) по трактам соответствующего назначения: пароводяного, топливного, воз­душного, газового и золошлакоудаляющего. Котел —барабан­ный, высокого давления с естественной циркуляцией со сжиганием твердого топлива в пылевидном состоянии.

Основными элементами котла являются поверхности нагрева — теплообменные поверхности, предназначенные для передачи теп­лоты от теплоносителя к рабочей среде (воде, пароводяной смеси, пару или воздуху). В зависимости от процессов преобразования рабочего тела различают нагревательные, испарительные и перегревательные поверхности нагрева.

Теплота от продуктов сгорания может передаваться излуче­нием (радиацией) и конвекцией. В соответствии с этим различают поверхности нагрева радиационные, конвективные и радиа - ционно-конвективные (полурадиационные).

Нагревательной поверхностью является экономайзер 18, пред­назначенный для подогрева или для подогрева и частичного испа­рения питательной воды, поступающей в котел. В соответствии с этим различают экономайзеры некипящего или кипящего типа. Экономайзер располагают в зоне относительно невысоких темпе­ратур в конвективной опускной шахте, они являются конвек­тивными поверхностями нагрева.

Испарительные поверхности нагрева размещают в топке 9 в об­ласти наиболее высоких температур или в газоходе, расположен­ном за топкой. Это, как правило, радиационные или радиационно - конвективные поверхности нагрева — экраны, фестоны, котельные пучки. Экраны 11 —это поверхности нагрева котла, располо­женные на стенах топки и газоходов и ограждающие их от воздей­ствия высоких температур. Экраны могут быть установлены вну­три топки —двусветные экраны. В этом случае они подвергаются двустороннему облучению.

Следует отметить, что фестон и особенно котельные пучки при­меняют в котлах среднего давления относительно небольшой про­изводительности. Фестон —полурадиационная поверхность на­грева, располагаемая в выходном окне топки и образованная, как правило, трубами заднего экрана, разведенными на значительные расстояния путем образования многорядных пучков. Котельный пучок — это система параллельно включенных труб конвективной парообразующей поверхности котла, соединенных общими коллек­торами" или барабанами.

Перегреватели (перегревательные поверхности нагрева) могут быть радиационными, ширмовыми и конвективными. Радиацион­ные перегреватели располагают на стенах топки или на ее потолке и соответственно называют настенным радиационным или пото­лочным перегревателем. Ширмовые перегреватели 15 — поверх­ности нагрева, в которых ширмы расположены с большим попереч­ным шагом (не менее пяти диаметров трубы), — получают теплоту газов излучением и конвекцией примерно в равных количествах.

Конвективные перегреватели 16 устанавливают в газоходах: в переходном горизонтальном или в начале (по ходу газов) кон­вективной шахты.

Совокупность последовательно расположенных по ходу рабо­чего тела поверхностей нагрева, соединяющих их трубопроводов и установленных дополнительных устройств составляет пароводя­ной тракт котла. В основной пароводяной тракт котла, схема которого показана на рис. 5, входят экономайзер 18, отводящие трубы, барабан 14, опускные трубы 10 и нижний распределитель­ный коллектор 6, экраны, потолочный перегреватель, первая и вторая ступени конвективного перегревателя 16. Промежуточный перегреватель 17 является элементом пароводяного тракта про­межуточного перегрева пара.

Топливный тракт котла представляет собой совокупность обо­рудования для подачи топлива к горелкам 8 и подготовки его к сжиганию. Он включает конвейер 1, бункер 2, питатели 3 сырого топлива и пыли, топливные течки и пылепроводы. Бункера сы­рого топлива, предназначенные для хранения определенного, по­стоянно возобновляемого запаса топлива, обеспечивают непре­рывную работу котла. Питатели сырого топлива — устройства для дозирования и подачи топлива из бункера в мельницу 4, пред­назначенную для получения угольной пыли требуемого качества. В мельницу одновременно с топливом для его сушки подается су­шильный агент, в данном случае воздух (по коробу 5).

Для сжигания топлива используется воздух. В воздушный тракт котельной установки входят заборный воздуховод, дутьевой вентилятор 20, воздухоподогреватель 19, короба 5 и 7 первичного и вторичного воздуха. Воздушный тракт (кроме заборного возду­ховода) находится под избыточным давлением, развиваемым дутье: вым вентилятором. Подогретый в воздухоподогревателе 19 воз­дух используется для сушки топлива, что позволяет повысить ин­тенсивность и экономичность его горения. Различают рекупера­тивные и регенеративные воздухоподогреватели. В рекуператив­ном (в данном случае трубчатый) воздухоподогревателе теплота от продуктов сгорания к воздуху передается через разделяющую их теплообменную поверхность. В регенеративном воздухоподо­гревателе передача теплоты от продуктов сгорания к воздуху осу­ществляется через одни и те же периодически нагреваемые (про­дуктами сгорания) и охлаждаемые (воздухом) теплообменные по­верхности.

Продукты сгорания проходят последовательно все поверхности нагрева и после очистки от золы в золоуловителях 21 выводятся через дымовую трубу 23, в атмосферу. Все это составляет газовый тракт котла, который может находиться под давлением (дутьевого вентилятора) либо, как в рассматриваемой котельной установке, под разрежением. В последнем случае в газовом тракте после золоуловителей установлен дымосос 22.

Шлакоудаляющие устройства 25, золоуловители 21 и каналы 24 входят в тракт золошлакоудаления.

Элементами котла являются обмуровка и каркас. Обмуровка 12 — система огнеупорных и теплоизоляционных ограждений или конструкций, предназначенная для уменьшения тепловых потерь и обеспечения плотности. Каркас 13—несущая металлическая конструкция, воспринимающая|. нагрузку от массы котла с нахо­дящимся в нем рабочим телом и все другие возможные нагрузки и обеспечивающая требуемое взаимное расположение элементов котла. На каркасе котла предусмотрены площадки обслуживания и переходные лестницы.

Котлы классифицируют в зависимости от вида соответствую­щего тракта и его оборудования. По виду сжигаемого топлива и соответствующего топливного тракта различают котлы для газо­образного, жидкого и твердого топлива.

По газовоздушному тракту различают котлы с естественной и уравновешенной тягой и с наддувом. В котле с естественной'тягой сопротивление газового тракта преодолевается под действием разности плотностей атмосферного воздуха и газа в дымовой трубе. Если сопротивление газового тракта (так же, как и воздуш­ного) преодолевается с помощью дутьевого вентилятора, то котел работает с наддувом. В котле с уравновешенной тягой давление в топке и начале газохода (поверхность нагрева 15) поддержи­вается близким к атмосферному совместной работой дутьевого вентилятора и дымососа. В настоящее время стремятся все выпу­скаемые котлы, в том числе и с уравновешенной тягой, изготовлять газоплотными.

По виду пароводяного тракта различают барабанные (рис. 6, а, б) и прямоточные (рис. 6, в) котлы. Во всех типах котлов через экономайзер 1 и перегреватель 6 вода и пар проходят однократно. В барабанных котлах пароводяная смесь в испарительных по­верхностях нагрева 5 циркулирует многократно (от барабана 2 по опускным трубам 3 к коллектору 4 и барабану 2). Причем в кот­лах с принудительной циркуляцией (рис. 6, б) перед входом воды в испарительные поверхности 5 устанавливают дополнительный насос 8. В прямоточных котлах (рис. 6, в) рабочее тело по всем поверхностям нагрева проходит однократно под действием напора, развиваемого питательным насосом 7.

В прямоточных котлах докритического давления испаритель­ные экраны 5 располагают в нижней части топки, поэтому их на­зывают нижней радиационной частью (НРЧ). Экраны, расположенные в средней и верхней частях топки, преимущественно яв­ляются перегревательными 6. Их соответственно называют сред­ней радиационной частью (СРЧ) или верхней радиационной частью (ВРЧ).

-6

А)

Г)

Рис. 6. Схемы пароводяного тракта котла:

А — барабанного с естественной циркуляцией; б — барабанного с пр ниудительной цир­куляцией; в — прямоточного; г — прямоточного с принудительной циркуляцией

Для увеличения скорости движения воды в некоторых поверх­ностях нагрева (как правило НРЧ) при пуске прямоточного котла или работе на пониженных нагрузках обеспечивают принудитель­ную рециркуляцию воды специальным насосом 8 (рис. 6, г). Это котлы с рециркуляцией и комбинированной циркуляцией.

По фазовому состоянию выводимого из топки шлака разли­чают котлы с твердым и жидким шлакоудалением. В котлах с твер­дым шлакоудалением (ТШУ) шлак из топки удаляется в твердом состоянии, а в котлах с жидким шлакоудалением (ЖШУ) — в рас­плавленном.

Принцип работы котельного агрегата; его схема и элементы.

Котельный агрегат (рис. 1.) состоит из следующих элементов: собственно парового котла 1, 2, 3, пароперегревателя 4, водяного экономайзера 5, воздухоподогревателя 6, топочного устройства 7, обмуровки 8, каркаса 9, арматуры, гарнитуры и соединительных коммуникаций (труб и каналов).

Рис. 1 - Схема котельного агрегата

Назначением парового котла является превращение поступающей в него воды в насыщенный пар заданного давления. Собственно паровой котел состоит из разреженного пучка труб – фестона 2, системы экранных труб 3 и барабана 1.

Размещенные у стен топки экранные трубы 3 расположены вертикально. Из барабана 1 по опускным трубам 10 к нижним коллекторам экранных труб 11 подводится вода. Топочные экраны воспринимают большое количество тепла от заполняющих топочное пространство 7, интенсивно излучающих, раскаленных продуктов сгорания топлива. Вследствие этого в экранных трубах часть воды превращается в пар. Пароводяная смесь движется снизу вверх и отводится в барабан котла 1. Здесь пар отделяется от воды и поступает в паровое пространство 12, а вода из водяного пространства 13 поступает в опускные трубы 10.

Так осуществляется непрерывное движение воды по замкнутому пути, называемое естественной циркуляцией воды и происходящее вследствие разности удельных весов пароводяной смеси (в экранных трубах) и воды (в опускных трубах).

В экранах образуется основное количество пара, производимого котлом. Они служат также для предохранения стен топки от воздействия топочных газов, имеющих высокую температуру, и для предотвращения ошлакования топки.

Фестонные трубы 2 являются продолжением экранных труб, размещенных у задней стенки топки. Они образуются путем разводки труб заднего однорядного экрана в несколько рядов. Таким образом, создается пучок труб, которому тепло передается излучением и конвекцией, и продукты сгорания охлаждаются до заданной температуры перед пароперегревателем. Кроме того, фестон служит для защиты пароперегревателя от излучения заполняющих топку продуктов сгорания.

В барабане котла 1, как правило, устанавливаются сепарирующие устройства, служащие для отделения воды от пара и обеспечивающие получение практически сухого насыщенного пара.

Важным элементом котельного агрегата является пароперегреватель 4. Он предназначен для перегрева до заданной температуры полученного в котле насыщенного пара. Пароперегреватель состоит из группы параллельно включенных изогнутых труб-змеевиков, присоединенных к коллекторам. Насыщенный пар из парового пространства барабана котла по соединительным трубам поступает во входной коллектор пароперегревателя 14, далее движется по змеевикам, где перегревается до заданной температуры, а затем поступает в выходной коллектор 15 и оттуда направляется к потребителю.

Основное значение водяного экономайзера 5 заключается в подогреве питательной воды за счет тепла продуктов сгорания топлива. Конструкция экономайзера аналогична конструкции пароперегревателя. Вода подается питательным насосом во входной (нижний) коллектор экономайзера, проходит по змеевикам, поступает в выходной коллектор, а оттуда – в барабан котла. В крупных агрегатах, как правило, применяются двухступенчатые экономайзеры, как показано на рис 1.

Воздухоподогреватель 6 служит для подогрева поступающего в топку воздуха за счет тепла дымовых газов. Газы движутся сверху вниз внутри труб, омываемых снаружи поперечным потоком воздуха.

В топочном устройстве 7 осуществляется сжигание твердого топлива в виде пыли. Смесь топлива и воздуха поступает в топку из горелок 16, в топочной камере происходит воспламенение и горение топлива. Топочное устройство должно обеспечивать:

а) высокую степень полноты сжигания топлива при минимальном количестве избыточного воздуха;

б) охлаждение продуктов сгорания топлива до заданной условиями проектирования температуры.

Обмуровку 8 составляют стены и перекрытия котельного агрегата, выполненные из кирпича или из специальных плит и щитов. Она отделяет от наружного пространства топку и последующие газоходы агрегата – каналы, в которых размещены поверхности нагрева и по которым движутся дымовые газы. Внутренняя часть обмуровки топки, выполняемая из огнеупорных материалов, называется футеровкой. Обмуровка должна обладать хорошими теплоизоляционными свойствами для обеспечения невысокой температуры ее наружной поверхности и небольших потерь тепла в окружающую среду, а также должна быть плотной, обеспечивающей минимальные присосы внешнего воздуха в работающие под разряжением газоходы.

Каркас 9 служит для крепления и поддержания всех частей котельного агрегата и его обмуровки. Он выполняется в виде металлической конструкции из колонн и балок и опирается на фундамент.

Для возможности эксплуатации котельного агрегата необходим ряд приспособлений и устройств, носящих название арматуры и гарнитуры. К обязательной арматуре относятся: манометр, водоуказательные приборы, предохранительные клапаны, питательные, автоматические обратные, паровые, спускные и продувочные клапаны. Гарнитура агрегата – это преимущественно чугунные детали: дверки, крышки люков, гляделки в обмуровке, заслонки для регулирования тяги, а также обдувочные устройства, служащие для очистки поверхности нагрева от отложений летучей золы.

Соединительные коммуникации агрегата состоят из труб, подводящих воду к экранам и отводящих из экранов пароводяную смесь, из соединительных труб между экономайзером и барабаном котла и между котлом и пароперегревателем, из воздухопроводов – каналов для подвода воздуха и других более мелких внутренних коммуникаций.

На рис. 1 приведена П-образная компоновка агрегата. Она характеризуется наличием дух вертикальных шахт – топочной и конвективной и расположенного вверху соединительного газохода. Образующиеся в топке продукты горения движутся в топочном пространстве снизу вверх, омывают фестон, направляются в соединительный газоход, где расположен пароперегреватель, затем поворачивают на 90º, поступают конвективную шахту и движутся в ней сверху вниз, омывая последовательно поверхности нагрева водяного экономайзера и воздухоподогревателя. Охлажденные продукты горения отсасываются дымососом и через дымовую трубу удаляются в атмосферу. В случае надобности дымовые газы предварительно очищаются в специальных устройствах от летучей золы.

Воздухоподогреватели [1]

Воздухоподогреватель - теплообменный аппарат для нагревания проходящего через него воздуха. Его широко применяют в котельных установках тепловых электростанций и промышленных предприятиях, в печных агрегатах промышленности (например, металлургической, нефтеперерабатывающей), в системах воздушного отопления, приточной вентиляции и кондиционирования воздуха.

В качестве теплоносителя используют горячие газообразные продукты сгорания (в котельных и печных установках), водяной пар, горячую воду или электроэнергию (в системах отопления и вентиляции).

По принципу действия воздухоподогреватели разделяют на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных воздухоподогревателях теплообмен между теплоносителем и нагреваемым воздухом происходит непрерывно через разделяющие их стенки поверхностей нагрева, в регенеративных - осуществляется попеременно нагреванием и охлаждением насадок (металлических или керамических) неподвижных или вращающихся поверхностей нагрева воздухоподогревателя. На тепловых электростанциях применяются главным образом трубчатые (стальные и чугунные) рекуперативные воздухоподогреватели, реже - вращающиеся регенеративные. В металлургической промышленности широко распространены регенеративные Воздухоподогреватели периодического действия с керамической насадкой. Современные металлические воздухоподогреватели позволяют нагревать воздух до 450-600°С, воздухоподогреватели с керамической насадкой - до 900-1200°С.