Котельные установки

1. Источники теплоты промышленных котельных установок -

Комплексные технические устройства, в которых первичная энергия превращается в энергию теплоносителя (воды или пара) с требуемыми параметрами. В качестве первичной энергии в основном используют органическое топливо, ядерную энергию, теплоту Земли и Солнца, вторичные энергетические ресурсы, низкопотенциальную теплоту. Доля возобновляемых (альтернативных) источников энергии в теплоснабжении не превышает 10%, однако они перспективны. Основные источники теплоты централизованных систем теплоснабжения — паротурбинные ТЭЦ и котельные установки — работают на органическом топливе (твердом, жидком котельном и газообразном). Децентрализованные системы теплоснабжения работают на твердом и частично на газообразном топливах. Централизация систем теплоснабжения достигает 70—80%, основными источниками теплоты являются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и крупные котельные установки (тепловые станции). На базе ТЭЦ создана теплофикация — система централизованного теплоснабжения, позволяющая сократить расход топлива для выработки теплоты и электроэнергии на 20—25%. 
В больших системах теплоснабжения широко используют котельные установки мощностью 100—500 МВт. Они могут работать совместно с ТЭЦ. Котельные установки используют как самостоятельные источники в локальных системах теплоснабжения или при совместной работе нескольких котельных на общую сеть. Для централизованного теплоснабжения помимо крупных районных котельных используют квартальные и групповые с нагрузкой 15—100 МВт, для теплоснабжения сельских и малых населенных пунктов — котельные мощностью до 15 МВт, децентрализованные домовые (местные) и поквартирные источники теплоты.

В отопительных котельных в большинстве случаев устанавливают водогрейные котлы, но применяют и паровые котлы, приготовляя горячую воду для теплоснабжения в пароводяных подогревателях. 
Теплота топлива, сжигаемого в топках котлов, передается циркулирующей в системе теплоснабжения воде и нагревает ее до 150°С. После котлов часть воды рециркуляционными насосами подается в обратную линию для подогрева поступающей в котлы воды, чтобы ее температуpa была выше температуры точки росы отходящих газов. В этом случае не будет конденсации водяных паров из газов и исключается коррозия поверхностей нагрева. Рецеркуляцию применяют также для того, чтобы поддерживать постоянный расход воды через котлы, в противном случае возникают неравномерное распределение воды по трубкам котла, локальное вскипание ее и пережог трубок. Основной расход воды поступает в подающую магистраль тепловой сети. Для снижения температуры и поддержания ее соответственно графику качественого регулирования осуществляется подмешивание охлажденной воды по перемычке из обратной линии. Количеством подмешиваемой воды управляет регулятор, устанавливая температуру горячей воды в зависимости от температуры наружного воздуха. Циркуляцию воды в системе теплоснабжения осуществляет насос. Подпитку системы химически очищенной водой производит через регулятор подпиточный насос.

При использовании котельных установок в качестве источников теплоты систем теплоснабжения экономических ограничений на температуру воды в подающей линии нет, т.к. в данном случае не вырабатывается электроэнергия. Это открывает возможность для количественного метода регулирования подачи теплоты потребителям, когда в течение всего года поддерживается постоянная максимальная температуpa. Этот метод можно применять при сплошной автоматизации систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжение у потребителей. При количественном регулировании уменьшаются диаметры теплопроводов, снижается площадь поверхности нагрева теплообменныхаппаратов горячего водоснабжения и сокращается расход энергии на перекачку теплоносителя. Кроме того, при поддержании в течение года высокой температуры в подающей линии снижается скорость наружной коррозии труб, увеличивается срок их службы и повышается надежность теплоснабжения. Однако повышение температуры теплоносителя увеличивает потери теплоты через трубопроводы.  
Мощным источником для теплоснабжения городов и промышленности является ядерная энергия, занявшая значительное место в энергоснабжении передовых стран мира.  
Под воздействием ударов нейтронов ядра атома урана расщепляются на 2—3 осколка с получением новых ядер и нейтронов. Процесс сопровождается выделением очень большого количества энергии. Так, 1 кг разложившегося урана выделает теплоты примерно в миллион раз больше, чем 1 кг природного газа.  
В мировой практике атомной энергетики наибольшее распространение получили водяные энергетические реакторы (ВВЭР) с электриеской мощностью 900—1400 МВт (тепловая мощность больше в 3 раза). ВВЭР имеют толстостенный стальной корпус, заполненный обычной водой, которая выполняет функцию замедлителя и теплоносителя одновременно. Активная зона расположена внутри корпуса. Для предотвращения закипания вода находится под давлением. Вода как замедлитель обладает высокой эффективностью, поэтому у этих реакторов компактная топливная решетка.  
Для теплоснабжения можно использовать следующие атомные источники: конденсационные АЭС с нерегулируемыми отборами пара, атомные котельные ACT, атомные теплоэлектроцентрали АТЭЦ. В странах СНГ накоплен некоторый опыт использования АЭС для теплоснабжения строительных площадок и поселений при АЭС. 

 

2. Материальные и тепловые балансы котельных установок при работе на газообразном топливе.
3. Материальные и тепловые балансы котельных установок при работе на жидком топливе.
4. Материальные и тепловые балансы котельных установок при работе на твердом топливе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Конструкции топочных устройств для сжигания газового топлива.

Условия сжигания природного газа и мазута имеют много общего, что позволяет выполнять топочные камеры для этих видов топлив одинаковой конструкции. Природный газ и мазут сгорают в парогазовом состоянии. Интенсивность горения в обоих случаях определяется только условиями перемешивания. Для сжигания этих топлив достаточен невысокий подогрев воздуха:  t_Г.В = 250…300°С. Практически отсутствует зола после сгорания этих топлив, поэтому исключается необходимость шлакоудаления в нижней части топки и не происходит шлакования экранов.

Газ обычно сжигается в камерной (факельной) топке. При этом газообразное топливо не требует предварительной подготовки.

Камерные (факельные) топки представляют собой прямоугольные камеры призматической формы, выполняемые из огнеупорного кирпича или огнеупорного бетона. Стены топочной камеры изнутри покрывают системой кипятильных труб — топочными водяными экранами. Они представляют собой эффективную поверхность нагрева котла, воспринимающую большое количество тепла, излучаемого факелом, в то же время предохраняют кладку топочной камеры от износа и разрушения под действием высокой температуры факела. Нижнюю часть топки (под) выполняют горизонтальной или с небольшим уклоном к центру. Из-за малого содержания минеральных примесей в этих топливах никаких устройств для вывода шлака не предусматривается.

Большинство выпускаемых газомазутных паровых котлов оборудуются традиционными призматическими топками с двухфронтальным (встречным) расположением горелок. При однофронтальной установке горелки размещаются в 3…4 яруса, но при такой компоновке горелок не обеспечивается равномерное заполнение топки факелом. Однофронтальное размещение горелок неприемлемо для топок с небольшим размером по глубине (b_Т < 6 м). При встречном расположении горелок обеспечиваются лучшие условия работы экранов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Конструкции топочных устройств для сжигания жидкого топлива.

Условия сжигания природного газа и мазута имеют много общего, что позволяет выполнять топочные камеры для этих видов топлив одинаковой конструкции. Природный газ и мазут сгорают в парогазовом состоянии. Интенсивность горения в обоих случаях определяется только условиями перемешивания. Для сжигания этих топлив достаточен невысокий подогрев воздуха:  t_Г.В = 250…300°С. Практически отсутствует зола после сгорания этих топлив, поэтому исключается необходимость шлакоудаления в нижней части топки и не происходит шлакования экранов.

Мазут обычно сжигается в камерной топке. При этом жидкое топливо должно быть распылено форсунками, являющейся элементом горелки.

Камерные (факельные) топки представляют собой прямоугольные камеры призматической формы, выполняемые из огнеупорного кирпича или огнеупорного бетона. Стены топочной камеры изнутри покрывают системой кипятильных труб — топочными водяными экранами. Они представляют собой эффективную поверхность нагрева котла, воспринимающую большое количество тепла, излучаемого факелом, в то же время предохраняют кладку топочной камеры от износа и разрушения под действием высокой температуры факела. Нижнюю часть топки (под) выполняют горизонтальной или с небольшим уклоном к центру. Из-за малого содержания минеральных примесей в этих топливах никаких устройств для вывода шлака не предусматривается. Интенсивное горение топлива приводит к образованию относительно небольшой по размерам зоны ядра факела вблизи горелок, которая характеризуется высоким уровнем температур. Высокий уровень температур в ядре факела создает значительную интенсивность теплового потока на настенные экраны, особенно при сжигании мазута за счет образования большего количества сажистых частиц. Это создает опасность перегрева металла труб и развития высокотемпературной коррозии, а также ведет к образованию высокой концентрации оксидов азота в ядре факела.

 Большинство выпускаемых  газомазутных паровых котлов оборудуются традиционными призматическими топками с двухфронтальным (встречным) расположением горелок. При однофронтальной установке горелки размещаются в 3…4 яруса, но при такой компоновке горелок не обеспечивается равномерное заполнение топки факелом. Однофронтальное размещение горелок неприемлемо для топок с небольшим размером по глубине (b_Т < 6 м). При встречном расположении горелок обеспечиваются лучшие условия работы экранов.

Для уменьшения температур факела и локальных тепловых потоков на топочные экраны используется нижнее (подовое) расположение горелок в открытой топочной камере с развитием факела вверх.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Конструкции топочных устройств для сжигания твердых топлив.

По способу сжигания топлива топочные устройства делятся на слоевые (сжигание твердого кускового топлива в слое) и камерные (газообразного, жидкого и пылевидного топлива).

В современных котельных  установках обычно используются три основных способа сжигания твердого топлива: слоевой, факельный, вихревой.

Слоевые топки. Топки, в  которых производится слоевое сжигание кускового твердого топлива, называются 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 (расположенные внутри обмуровки котла) и выносные (расположенные за пределами обмуровки и дополнительно пристроенные к котлу), 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. Полу механическими топками называют те, в которых механизированы одна или две операции. 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; - топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива; - топки с движущимися механическпми цепными колосниковыми решетками двух типов: прямого и обратного хода.

Камерные (факельные) топки. Камерные топки применяют для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. При этом твердое топливо должно быть предварительно размолото в тонкий порошок в специальных пылеприготовительных установках — углеразмольных мельницах.

Камерные (факельные) топки  представляют собой прямоугольные  камеры призматической формы, выполняемые из огнеупорного кирпича или огнеупорного бетона. Стены топочной камеры изнутри покрывают системой кипятильных труб — топочными водяными экранами. Они представляют собой эффективную поверхность нагрева котла, воспринимающую большое количество тепла, излучаемого факелом, в то же время предохраняют кладку топочной камеры от износа и разрушения под действием высокой температуры факела и расплавленных шлаков.

По способу удаления шлака: с твердым и жидким шлакоудалением.

Камера топки с твердым  шлакоудалением снизу имеет воронкообразную форму, называемую холодной воронкой. Капли шлака, выпадающие из факела, падают в эту воронку, затвердевают вследствие более низкой температуры в воронке, гранулируются в отдельные зерна и через горловину попадают в шлакоприемное устройство. Камеру топки с жидким шлакоудалением выполняют с горизонтальным или слегка наклонным подом, который в нижней части топочных экранов имеет тепловую изоляцию для поддержания температуры, превышающей температуру плавления золы. Расплавленный шлак, выпавший из факела на под, остается в расплавленном состоянии и вытекает из топки через летку в шлакоприемную ванну, наполненную водой, затвердевает и растрескивается на мелкие частицы.