Конструкции паровых котлов. Работа, назначение элементов

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Новокузнецкий филиал

 

 

Кафедра ЕНПД

 

Отчетная работа по учебной практике.

Тема «Конструкции паровых котлов. Работа, назначение элементов»

 

                                                          Выполнила ____________ Савина Л.А.

                                                                                  (подпись) 

                                                            студентка гр. 5Б10НК, курс 2, ________

(дата)

                                                  Проверила _________ Лубяная С. В..

                                                                               (подпись)      _____________

(дата)

 

 

 

                                               Новокузнецк, 2013

 

Содержание

Введение 2

Описание  работы и конструкции паровых  котлов 3

Описание  технологического процесса 6

Заключение 8

Список литературы 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Ведущее место в теплоэнергетике  принадлежит паротехнике. Основным типом мощной тепловой электростанции является станция, работающая по паровому циклу и оборудованная котельными и турбинными агрегатами. Назначение котельных агрегатов заключается в надежном и экономичном производстве определенного количества пара заданных параметров.

Размеры, сложность и разнообразие оборудования, габариты здания, стоимость  и сложность эксплуатации определяют важное место котельных установок  на мощных электростанциях. Поэтому  прогресс крупной энергетики самым  тесным образом связан с развитием  энергетического парогенераторостроения.

Котельные установки (меньшего масштаба) весьма распространены в  различных отраслях промышленности – на промышленных теплоэлектростанциях, предназначенных для комбинирования выработки тепла и электрической  энергии, как установки, вырабатывающие пар для производственных и отопительных целей, и т.п.

Современный котельный агрегат  представляет собой крупное инженерное сооружение, сложный комплекс технических  устройств и механизмов, работа которых  для обеспечения надежности и  экономичности работы агрегата должна быть весьма четкой и строго согласованной.

Целью выполнения работы является изучение котельный агрегат и  его элементы, назначения парового котла и всех его составляющих, а также технологического процесса в паровом котле.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание работы и конструкции  паровых котлов

Котельный агрегат; его схема  и элементы [1]

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 (в узком смысле слова, как элемента котлоагрегата) 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.

Важный элемент котельного агрегата - 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.

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.

Описание технологического процесса

  Паровым котлом называется  комплекс агрегатов, предназначенных  для получения водяного пара. Этот комплекс состоит из ряда  теплообменных устройств, связанных  между собой и служащих для  передачи тепла от продуктов  сгорания топлива к воде и  пару. Исходным носителем энергии,  наличие которого необходимо  для образования пар из воды, служит топливо.

Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в котельной  установке, являются: 

1) процесс горения топлива, 

2) процесс теплообмена  между продуктами сгорания или  самим горящим топливом с водой, 

3) процесс парообразования,  состоящий из нагрева воды, ее  испарения и нагрева полученного  пара. 

Во время работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя. 

В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается пар  заданного давления и температуры.  

Одной из основных задач, возникающей  при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства  между производимой и потребляемой энергией. В свою очередь процессы парообразования и передачи энергии  в котлоагрегате однозначно связаны с количеством вещества в  потоках рабочего тела и теплоносителя. 

Горение топлива является сплошным физико-химическим процессом. Химическая сторона горения представляет собой процесс окисления его  горючих элементов кислородом, проходящий при определенной температуре и  сопровождающийся выделением тепла. Интенсивность  горения, а так же экономичность  и устойчивость процесса горения  топлива зависят  от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива.  Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно во времени, частично накладываются одна на другую.

Расчет процесса горения обычно сводится к определению количества воздуха в м3,необходимого для сгорания единицы массы или объема топлива количества и состава теплового баланса и определению температуры горения.

Значение теплоотдачи заключается в теплопередаче тепловой  энергии, выделяющейся при сжигании топлива, воде, из которой необходимо получить пар, или пару, если необходимо повысить его  температуру выше температуры насыщения. Процесс теплообмена в котле идет через водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, называющиеся поверхностью нагрева. Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими топочными газами или воспринимают тепловую энергию  лучеиспусканием. Таким образом в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется на конвективные и радиационные.

Количество тепла, передаваемое через единицу   площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения поверхности нагрева.  Величина напряжения ограничена, во-первых, свойствами материала поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.  

Интенсивность коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разности температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем  выше чистота поверхности.

Образование пара в котлоагрегатах протекает с определенной последовательностью.  Уже в экранных трубах начинается образование пара. Этот процесс протекает при больших температуре и давлении. Явление испарения заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими скоростями, а следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул, создающее поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает.