Схема движения воды в котле ПТВМ-50

По конструкции является противоположностью водотрубному котлу.Котёл газотрубный — паровой или водогрейный котёл, у которого поверхность нагрева состоит из трубок небольшого диаметра, внутри которых движутся горячие продукты сгорания топлива.Теплообмен происходит посредством нагрева теплоносителя (как правило, это вода или масло), который находится снаружи трубок. Согласно ГОСТ 23172-78, различают жаротрубные, дымогарные и жаротрубно-дымогарные котлы: в жаровых трубах происходит горение, в дымогарных только движутся продукты сгорания. Обычно жаровые трубы толще и их количество меньше. Наиболее распространенная конструкция жаротрубных котлов — цилиндрический корпус, расположенный горизонтально.

Внутри корпуса у водогрейных котлов находится горячая вода, у паровых водяной и паровые объемы. В переднем торце каждой жаровой трубы устанавливается наддувная горелка, рассчитанная на сжигании газообразного или жидкого топлива. Таким образом, жаровая труба является топочной камерой, в которой сгорает почти все топливо. Агрегат состоит из металлического барабана цилиндрической формы с жаровой трубой, в которой устроена топка. Нагретый внутри газ выходит из трубы и обогревает боковые поверхности барабана котла, далее направляется в экономайзер или непосредственно в дымовую трубу. Существуют модели с двумя трубами, крайне редко — с тремя и более. Современные одножаротрубные котлы изготавливаются с поверхностями нагрева от 30 до 50 метров квадратных, нагреваемая плоскость двухжаротрубных котлов составляет от 80 до 100 метров квадратных. Отопительные агрегаты такого типа просты в изготовлении, потому и цена на них минимальна. Устройство жаротрубных котлов позволяет применять их в отопительных и водоснабжающих системах жилых объектов и промышленных предприятий. Максимальный КПД, высокую надежность функционирования и хорошие теплотехнические показатели такое оборудование демонстрирует при использовании газового топлива. Однако имеются и недостатки: значительный нагрев насадок у горелок, также может наблюдаться пульсирующее горение, которому сопутствуют выброс пламени и хлопки. Как правило, в большинстве случаев возможно устранение этих недостатков. Важным для сохранения работоспособности агрегата является соответствие диаметра форсунок конструкционным особенностям инжекционных горелок среднего давления, в противном случае полное сжигание газа не может быть достигнуто. Конструктивное устройство жаротрубного котла требует наличия узла редуцирования давления, поскольку агрегат снабжается газом от сетей среднего или высокого давления.

К минусам конструкции жаротрубных котлов относятся:

§ большие габариты;

§ значительная металлоемкость;

§ высокие требования внутренних топок к качеству топлива;

§ взрывоопасность.

Однако точное соблюдение инструкций производителя по эксплуатации котлов и правил техники безопасности полностью исключает возможность возникновения нештатных ситуаций.

Паровые жаротрубные котлы. Обмуровка одножаротрубных и двухжаротрубных котлов выполняется однообразно, видоизменяясь только в своей верхней части, в зависимости от того, работает ли котел как паровой или водогрейный. Этот тип обмуровки признается наилучшим; газоходы доступны для чистки и достаточно вместительны, в них может отлагаться летучая зола, не загромождая собой путь для газов. Топочные газы, пройдя жаровые трубы, попадают в поворотную камеру, размеры которой по ширине не следует обуживать, так как в этой камере собирается большая часть летучей золы. Минуя поворотную камеру, газы проходят по второму газоходу, не доходя до фронта котла, поворачиваются и идут по третьему—последнему газоходу, направляясь к общему сборному борову. В пределах поворотной камеры газы проходят особым каналом, разобщающим третий газоход от пространства поворотной камеры. Стены обмуровки выкладывают в 2 кирпича. Верхняя часть газохода не доходит 100 мм до наинизшего уровня воды в котле; это — требование Котлонадзора.

Снизу в газоходах поставлены кирпичные перегородки (дефлекторы), выкладываемые насухо для возможности их разборки при чистке золы, когда они могут помешать проникнуть в газоход. Назначение дефлекторов—повысить скорость газов в газоходе и тем увеличить коэффициент теплопередачи, так как последний растет с повышением скорости. Следует отметить, что коэффициенты теплопередачи в боковых газоходах цилиндрических котлов вообще высоки, но это происходит главным образом вследствие косвенного излучения накаленных стен обмуровки на поверхность нагрева, а также излучения значительного по толщине газового слоя; поэтому и отсутствие дефлекторов не очень существенно скажется на снижении коэффициента теплопередачи.

Котел опирается на чугунные опоры, которые и передают его вес на кладку фундамента, выкладываемую на цементном растворе, в то время как вся обмуровка выполняется на простой глине или шамотной — в тех местах, где имеется огнеупорная футеровка.

Огнеупорным кирпичом футеруют газоходы, по которым проходят газы с высокими температурами. Чтобы ориентироваться, какого класса огнеупорный кирпич следует применить, пользуются указаниями ГОСТ 4385-48, по которому шамотные изделия подразделяются на три класса: класс А — огнеупорность не ниже 1730˚С, Б – 1670˚С, В – 1580°С

Топки для мазута и газа футеруются огнеупорным кирпичом класса А; топки для слоевого сжигания топлива футеруются кирпичом класса Б и котельные газоходы — кирпичом класса В.

Последние газоходы котлов иногда футеруются тугоплавким кирпичом (гжельским), огнестойкость которого по ГОСТ 881-41 равняется для I сорта 1400°С, II сорта — 1300°С. Сборные борова, экономайзеры, а также частично и последние газоходы котлов выкладывают красным кирпичом без футеровки.

Футеровка огнеупорным или тугоплавким кирпичом с остальной кладкой из красного кирпича выкладывается вперевязь; это распространяется не только на котельные газоходы, но и на топки. Топки больших котлов футеруют огнеупорным кирпичом, не перевязывая его с остальной кладкой, чтобы лучше обеспечить свободное расширение футеровки при нагревании. Для устойчивости футеровка в таких случаях делается наклонной, а стена несколько утолщается книзу или же прихватывается металлическими скобами (кляммерами) к основной кладке.

Чтобы котел при его разогревании и температурных деформациях не перемещался по опорам, что может вызвать их перекашивание и износ котельной стенки, опоры следует делать подвижными, оставляя только одну неподвижной. Неподвижную опору желательно относить ближе к поворотной камере, тогда перемещение днища котла в местах непосредственного соприкосновения со сводами, перекрывающими поворотную камеру, достигнет минимальных значений. В противном случае это место приходится закладывать асбестом, чтобы создать известную эластичность. Асбест вообще прокладывают в местах непосредственного соприкосновения металлических стенок котла с кладкой. Это позволяет котлу свободно расширяться, причем он предохраняется от механических повреждений.

Обмуровка котла скрепляется металлическим каркасом. Стойки каркаса располагаются таким образом, чтобы при выпучивании нагретой обмуровки они были нагружены в направлении их наибольшего момента сопротивления.

Следует также воспринять распор от сводов, перекрывающих поворотную камеру, при помощи горизонтально расположенных швеллеров. Подобно тому, как это делалось в топках, перекрывающий поворотную камеру свод часто защищают сверху сводом разгрузочным; это мероприятие увеличивает срок службы первого свода и облегчает ремонт

В жаровых трубах за топкой иногда располагают вертикальные кирпичные перегородки, предложенные проф. К. В. Киршем с целью повышения коэффициента теплопередачи в жаровых трубах за счет восприятия излучения от накаленных кирпичей. Практически такие перегородки оказались малоудобными, так как затрудняют чистку жаровой трубы при сжигании зольных топлив. Летучая зола осаждается в местах, образуемых этими перегородками при стыке с жаровой трубой. В итоге значительная часть поверхности нагрева выключается из работы.

В обмуровке котла оставлены два лаза с фронта, дающие возможность проникнуть в газоходы при их чистке. Во избежание излишних присосов воздуха лазы не только имеют хорошо прикрывающуюся крышку (желательно с асбестовой прокладкой), но в них дополнительно еще выкладывается стенка из кирпича, разбираемая в периоды чисток. С целью борьбы с присо-сами воздуха через тонкую часть кладки во фронтовой стенке, рядом со спускным краном, следует снаружи поставить стальной лист. Также много присасывается в газоходы воздуха через щели у шибера за котлом. При установке над шибером стального кожуха вместо широкой щели в верхней части кожуха остается только круглое отверстие для пропуска троса, поднимающего шибер. Поворотные шиберы следует предпочесть «задвижкам» как не требующие значительных усилий при открывании, а также не дающие сколько-нибудь значительного присоса воздуха. Сзади котла, напротив жаровых труб, иногда располагают гляделки, отверстия которых перекрывают слюдой или стеклом. Сверху парового жаротрубного котла иногда устанавливают сухопарник, ооновное назначение которого — уменьшить влажность пара, так как при малых скоростях и достаточной высоте подъема из него выпадают капли воды, уносимые с паром. Сухопарник создает некоторое удобство в эксплуатации, позволяя концентрированно располагать на нем патрубки для крепления к ним вентилей паропроводов, а также предохранительных клапанов.

Питание котла осуществляется через специальные патрубки, располагаемые на цилиндрической части котла или на днище барабана. По правилам Котлонадзора для вновь изготовляемых котлов при производительности их более 4 т/час обязательно устройство двух питательных линий и не менее двух вводов питания в котел.

Снизу котла, ближе к фронту, помещается патрубок для продувочного вентиля, через который периодически спускается скопив шаяся внизу грязь, а также за счет частичного обмена котловой воды уменьшается

степень насыщения водяного объема котларастворенными в нем солями накипеобразователей.

С целью улучшения условий циркуляции одножаротрубные котлы часто изготовлялись с жаровой трубой, сдвинутой вбок. При таком расположении в узком пространстве между трубой и корпусом барабана, обогреваемом с двух сторон, больше образуется паровых пузырей, чем с противоположной стороны, что вызовет усиленную циркуляцию, указанную на чертеже стрелкой.

Водогрейные жаротрубные котлы. В отличие от парового котла, где запрещается обогревать газами паровое пространство, чтобы не вызвать чрезмерного нагрева стенки, обмуровка водогрейного котла предусматривает полное обогревание цилиндрического корпуса котла. Газы проводятся аналогично предыдущей обмуровке по трем газоходам, причем разобщение второго газохода от третьего, как и в паровом котле, произведено снизу вертикальной стенкой в 2 кирпича, а сверху — утолщением в замке перекрывающего котел свода. Над упомянутым сводом для его разгрузки желательно иметь второй свод. В остальном детали обмуровки те же. Отвод горячей воды производится сверху котла, вблизи его фронта. Подача питательной воды выполняется сверху котла, ближе к поворотной камере, в отличие от довольно часто встречающегося на практике питания водогрейных котлов снизу, что не рекомендуется. Не следует забывать, что водогрейный котел является в сущности экономайзером, только снабженным самостоятельной топкой, и, как во всяком экономайзере, температура воды в нем всюду разная, постепенно повышающаяся от температуры питательной воды до горячей. В паровом же котле температура воды вследствие хорошей циркуляции всюду одинаковая, соответствующая тому давлению пара, с которым работает котел. Поэтому вода в котле даже при небольшом давлении имеет во всех пунктах температуру во всяком случае не ниже 100°, и паровой котел не боится росы, которая может выпасть в отходящих газах при местном их переохлаждении.

При подводе воды в водогрейный котел снизу вода будет постепенно подогреваться, причем наиболее холодная вода останется внизу барабана, где и будет наблюдаться внешняя коррозия из-за появления росы. При питании сверху холодная вода как более тяжелая тонет в общей массе подогретой воды, лучше происходит перемешивание, и в котле исчезают участки, омываемые наиболее холодной водой.

Указанное относится к отопительным котлам, когда температура обратной воды, идущей из системы отопления, обычно не снижается ниже 30°. Еще более тяжелые условия получаются, когда жаротрубные котлы используются для нагревания воды горячего водоснабжения. В этом случае температура входящей в котел водопроводной воды в зимнее время не превышает 5—7°, стенки котла начинают покрываться росой, ржавеют и котлы быстро выходят из строя. Поэтому в настоящее время для целей горячего водоснабжения применяются паровые котлы. Пар из котлов направляется в поверхностные теплообменники, в которых и приготовляется горячая вода.

Характерной особенностью жаротрубных котлов является внутренняя топка. В этом отношении жаротрубный котел является прототипом котлов с экранированными топками. Сжигая в жаровой трубе антрацит на колосниковой решетке или нефтяные остатки, достигают максимального развития прямой отдачи и, следовательно, наилучшего использования поверхностей нагрева. Однако жаровая труба при сжигании в ней кускового топлива часто ограничивает развитие зеркала горения; кроме того, при засоренных сортах топлива осложняется чистка шлака и сокращаются периоды между чистками. Такое топливо, как торф или подмосковный уголь, вообще не удается сколько-нибудь эффективно сжигать непосредственно в жаровой трубе, так как наряду с повышенной зольностью большая влажность вынуждает снижать прямую отдачу, а низкая теплотворная способность приводит к необходимости увеличивать зеркало горения.

В таких случаях переходят к выносным топкам, однако они плохо комбинируются с жаротрубными котлами, загромождают доступ к арматуре котла, занимают много места перед фронтом и в большинстве случаев чрезмерно уменьшают прямую отдачу, увеличивая температуру газов за котлом.

Таким образом, жаротрубные котлы удобны и экономичны при сжигании в них только высококалорийного топлива, например, нефтяных остатков, газа или антрацита.

Жаротрубные котлы вмещают большой объем воды; это позволяет поддерживать постоянное давление в котле даже при резко переменном расходе пара. Большой объем воды, нагретой до состояния кипения, является мощным аккумулятором тепла. Даже при незначительном понижении давления из водяного объема котла дополнительно выделяется много пара, и, наоборот, при повышении давления значительная часть тепла, выделяемого топкой, расходуется на нагревание воды до температурного уровня, соответствующего новому давлению.

Большой объем воды в паровом котле еще может иметь значение, например, для механических прачечных, где приходится считаться с сильно колеблющейся нагрузкой по па-роснабжению стиральных машин, бучильников и прочего оборудования. В более крупных предприятиях бумажной, текстильной промышленности, в паровых кузницах и т. п., где применяются котлы большой мощности, для уменьшения колебаний давления пара устававливают дополнительно паровые аккумуляторы.

Значительный вес 1 м² поверхности нагрева, примерно превышающий в 2 раза вес водотрубного котла, является основным недостатком жаротрубных котлов, побуждающим переходить к иным конструкциям, расходующим меньше металла.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЖАРОТРУБНЫХ КОТЛОВ:

Обратная вода из тепловой сети циркуляционным насосом подается через входной патрубок в пространство между трубными досками задней части котла на газе и жидком топливе и нагревается, омывая участок трубного пучка (дымогарных трубок) и торцевую стенку топки. Далее вода по внутренней перемычке попадает в основной объем котла, омывает жаровую трубу и дымогарные трубки конвективного пучка, нагревается до заданной температуры и отводится в систему теплоснабжения через патрубок, расположенный в передней верхней части котла. Процесс горения происходит в топочной камере (жаровой трубе) газового котла или котла на жидком топливе. Движение дымовых газов в топке реверсное. Продукты сгорания, отдав часть тепла в топочной камере, разворачиваются, возвращаются к дверце и, проходя по дымогарным трубкам конвективного пучка, отдают основную часть тепла. Для интенсификации процесса теплообмена в дымогарных трубках установлены завихрители. Далее дымовые газы собираются во внутренней полости задней крышки и удаляются из газового котла или котла на жидком топливе через газоход в дымовую трубу котельной.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОТЛОВ НА ГАЗЕ И ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ:

. Топливоснабжение

4.1. Газоснабжение

Схема газоснабжения котельной, приведенная на рис. 4.1, может применяться для систем газоснабжения как низкого, так и среднего давления газа, но только после газорегуляторного пункта (ГРП). Если система газоснабжения котельной предусматривает устройство газорегуляторной установки (ГРУ), то она монтируется в схему между отключающим устройством 2 и пунктом измерения расхода газа 7.

Выбор схемы обвязочных газопроводов котлов зависит от их числа, мощности, горелочных устройств, вида отключающих устройств, типа автоматики.

На рис. 4.2 приведена схема газопроводов для котлов, оборудованных горелками с принудительной подачей воздуха и отключающими устройствами-задвижками [9].

На ответвлении от газопровода котла установлена общая задвижка 2 для отключения подачи газа при останове и аварийном положении. Далее расположен клапан-отсекатель 3, являющийся исполнительным органом автоматики безопасности. После клапана-отсекателя устанавливается поворотная заслонка 4, являющаяся исполнительным органом автоматики регулирования. К газовому коллектору 5 через штуцер при помощи шланга подключен ручной запальник 7 для розжига горелок. В конце коллектора находится продувочный газопровод 8 и штуцер с краном 9 для проверки качества продувки.

Схема приведена для варианта с двумя горелками. К каждой горелке подходят ответвления газопровода, на которых установлены две задвижки: первая по ходу газа - контрольная 10, вторая - рабочая 12. Контрольная работает в режиме «открыто-закрыто». Рабочая обеспечивает ручной розжиг и вывод горелки на рабочий режим, а также обеспечивает регулирование расхода при неработающей автоматике. Газопровод между контрольной и рабочей задвижками соединен с трубопроводом безопасности 6, предназначенным для предотвращения попадания горючего газа в топку при остановах, пусках и нерабочем состоянии котла. Трубопровод безопасности выведен наружу выше карниза крыш. При неработающей горелке кран на трубопроводе всегда открыт. Воздух на горелки подается вентилятором 16 по воздуховодам 14. На общем воздуховоде установлена поворотная задвижка 15, являющаяся исполнительным органом автоматики горения. Перед горелками имеется шибер (заслонка) 13 для регулирования подачи воздуха при розжиге горелки и отключения неработающей горелки. Перед каждой горелкой для оперативного контроля установлены манометры 17,18.

В зависимости от типа котла, его горелок, вида автоматики и количества зон регулирования, типа отключающих устройств, давления газа должны разрабатываться свои индивидуальные схемы обвязки.

Рис. 4.1. Схема газопроводов котельной:

1 – футляр; 2 – общая отключающая задвижка; 3 – манометр; 4 – байпас счетчика; 5 – термометр; 6 – фильтр; 7 – газовый ротационный счетчик; 8 – угольник; 9 – газовый коллектор котельной; 10 – отключающее устройство на ответвление к котельной; 11 – продувочный газопровод; 12 – штуцер с краном для взятия проб

Рис. 4.2. Схема обвязочных газопроводов:

1 – газопровод котельной; 2 – общая задвижка; 3 – клапан -отсекатель; 4,15 – поворотные заслонки; 5 – газовый коллектор; 6 – трубопровод безопасности; 7 – переносный запальник; 8 – продувочный газопровод; 9 – кран с пробкой для взятия проб на качество продувки; 10 – контрольная задвижка; 11 – штуцер с пробкой для проверки плотности задвижек; 12 – задвижки; 13 – шибер; 14 – воздухопровод; 16 – вентилятор; 17,18 – манометры; 19 – горелка с принудительной подачей воздуха; 20 – резиновотканный шланг; 21 - тягонапоромер