Контрольная работа по «Теплогенерирующим установкам»

Снабжение котельной топливом может  осуществляться различными путями: по трубопроводам, по железной дороге и автотранспортом. На территории котельной обычно проложены трубопроводы, подводящие природный газ к котельным агрегатам, и газорегуляторные пункты (ГРП) для приема, очистки и снижения давления газа перед котлами. При использовании жидкого топлива, подаваемого в железнодорожных или автомобильных цистернах, на территории котельной предусмотрены устройства для приемки, разгрузки, слива, хранения и подачи жидкого топлива по емкостям, аппараты для подогрева, фильтрации и транспортировки в котельную.

На территории котельной также  располагаются склады для хранения материалов и запасных частей, необходимых при эксплуатации и ремонте оборудования; устройства для приемки и преобразования электрической энергии, потребляемой котельной. На территории котельной регламентировано устройство проездов и площадок разного назначения, зеленой зоны для защиты окружающего пространства.

Теплогенераторы с давлением выше 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и температурой выше 115 °С подлежат регистрации в государственной организации, контролирующей правильность конструкции котельного агрегата, соответствие установленным правилам и нормам оборудования и здания котельной и соблюдение обслуживающим персоналом Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Размеры зданий котельных, проходы  между стенами и оборудованием, материалы, из которых они выполняются, определяются Правилами и нормами Госгортехнадзора Украины.

Эффективность работы котельных во многом определяется правильностью выбора метода сжигания топлива, совершенством оборудования и приборов, своевременностью и качеством проведения пусконаладочных работ, квалификацией обслуживающего персонала и др.

 

 

 

 

 

 

 

2. Топочные и горелочные устройства

        2.1 Топочные  устройства

 

Топка – устройство, предназначенное для сжигания топлива с целью получения теплоты. Топка выполняет функцию горения и теплообменного аппарата – теплота излучением и конвекцией одновременно передается от факела горения и продуктов сгорания к экранным поверхностям, по которым циркулирует вода. Доля лучистого теплообмена в топке, где температура топочных газов порядка 1000 °С, больше чем конвективного, поэтому,чаще всего, поверхности нагрева в топке называют радиационными.

Для сжигания природного газа, мазута и пылевидного твердого топлива обычно используют камерные топки, общая принципиальная схема которой приведена на рис. 4.

В конструкции камерной топки можно  выделить четыре основних элемента: топочную камеру, экранную поверхность, горелочное устройство и систему удаления шлака и золы.

 

                              

 

Рис. 4. Принципиальная схема камерной топки:

 

1 – обмуровка; 2 – фронтовой и потолочный экран; 3 – задний и подовый экран; 4 – левый боковой экран; 5 – горелка; 6 – система удаления шлака и золы; 7 – конвективная шахта – газоход; 8 – пароперегреватель; 9 – водяной экономайзер; 10 – воздухоподогреватель; 11 – боров

 

Топочная камера или топочный объем – пространство, отделенное обмуровкой от окружающей среды.

Обмуровкой называют ограждения, отделяющие топочную камеру и газоходы котельного агрегата от внешней среды. Обмуровку выполняют из красного или диатомового кирпича, огнеупорного материала или из металлических щитов с огнеупорами. Внутренняя часть обмуровки в топке, или футеровка, со стороны топочных газов и шлаков, выполняется из огнеупорных материалов: шамотного кирпича, шамотобетона и других огнеупорных масс. Обмуровка и футеровка должны быть достаточно плотными, особо высокоогнеупорными, стойкими к химическому воздействию шлаков и иметь малый коэффициент теплопроводности.

Обмуровка может опираться непосредственно  на фундамент, на металлические конструкции (каркас) или крепиться на трубах экранов топочной камеры и газоходов. Поэтому существует три конструкции обмуровки:

массивная – имеет свой фундамент; накаркасная (облегченная) – фундамента не имеет, крепится на металлический каркас; натрубная – крепится к экранным поверхностям.

Каркас служит для крепления  и поддержания всех элементов котельного агрегата (барабанов, поверхностей нагрева, трубопроводов, обмуровки, лестниц и площадок) и представляет собой металлические конструкции обычно рамного типа, соединенные с помощью сварки или закрепленные болтами на фундаменте.

2. Экранная радиационная поверхность нагрева выполнена из стальных труб диаметром 51…76 мм установленным с шагом 1,05…1,1. Экраны воспринимают теплоту за счет радиации и конвекции и передают ее воде или пароводяной смеси, циркулирующим по трубам. Экраны защищают обмуровку от мощных тепловых потоков.

3. Система удаления шлака и золы используется в камерных топках только при сжигании твердого пылевидного топлива.

4. Горелочные устройства устанавливаются на одной или двух противоположных (встречных) поверхностях нагрева, на поду, или в уграх топки. На стенах топки котла устраивают амбразуру – отверстие в обмуровке, выложенное огнеупорным материалом, куда устанавливают воздушный регистр и горелочное устройство.

Воздушные регистры. При любом виде топлива (газообразное, жидкое или пылевидное) воздух в основном (кроме инжекционных горелок) нагнетается дутьевым вентилятором в топку через воздушные регистры или воздухонаправляющие аппараты, что обеспечивает интенсивное завихрение и выход (подачу) топливно-воздушной смеси в наиболее узком сечении амбразуры топки со скоростью 25…30 м/с.

Воздухонаправляющее устройство представляет собой лопаточный завихритель осевого типа с подвижными, поворачивающимися вокруг своей оси лопатками. Возможна и установка неподвижных профильных лопаток под углом 45…50° к потоку воздуха. Завихрение потока воздуха интенсифицирует процессы смесеобразования и горения, но при этом увеличивается сопротивление по воздушному тракту. Направляющие аппараты удобны для автоматического регулирования производительности вентиляторов и дымососов.

 

2.2. Горелочные устройства

 

В зависимости от вида сжигаемого топлива различают множество конструкций горелочных устройств.

1. При сжигании твердого пылевидного  топлива применяют горелки смешивающего типа.

В амбразуре топочной камеры устанавливают улитку, в которой пылевоздушная смесь ПВС (пылевидное топливо с первичным воздухом) закручивается и по кольцевому каналу транспортируется к выходу горелки, откуда ПВС поступает в топку в виде закрученного короткого факела. Вторичный воздух, через другую аналогичную улитку, подается в топку со скоростью 18…30 м/с в виде мощного закрученного потока, где интенсивно перемешивается с пылевоздушной смесью, образуя факел горения. Производительность горелок – 2…9 т/ч угольной пыли.

2. При сжигании мазута применяют  форсунки и мазутные горелки:

механические, ротационные и паровоздушные (паромеханические). Любая мазутная форсунка должна иметь устройство для хорошего перемешивания топлива с воздухом, что достигается использованием разного вида завихряющих приспособлений – регистров. Комплект мазутной форсунки с воздушным регистром и другими вспомогательными приспособлениями называется мазутной горелкой.

 

 

 

 

Рис. 5 Принципиальная схема горелки для сжигания пылевидного твердого топлива:

1 – канал подачи ПВС; 2 – кольцевой канал; 3 – канал вторичного воздуха

 

 

 

 

Рис. 6 Принципиальная схема механической форсунки:

1 – канал подачи мазута; 2 – распыливающая головка; 3 – канал подачи воздуха; 4 – обмуровка

 

Механическая форсунка. Принципиальная схема форсунки приведена на рис. 6.

Подогретый примерно до 100 °С мазут под давлением 2…4 МПа поступает в канал, перемещается в насадок (распыливающую головку), где установлен завихритель-распылитель. В результате прямолинейное движение мазута изменяется на вращательное, и мазут с большой скоростью (45…50 м/с) и сильным завихрением выбрасывается в топочную камеру. В топке мазут взаимодействует с воздушной средой и распыляется на мелкие капли. Достоинства: не нужен пар, нет движущихся частей. Недостатки: необходима двойная очистка мазута (грубая и тонкая); требуются мощные нефтенасосы; образование нагара; малый диапазон регулирования (60…100 %). Расход мазута – 0,2…4 т/ч.

Ротационная форсунка. Топливо подается через канал и сопло на вращающуюся чашу (стакан), дробится и сбрасывается в топочную камеру. Давление топлива (мазута) составляет 0,15…1 МПа, а чаша вращается со скоростью 1500…4500 об/мин. Воздух поступает вокруг чаши через конус, охватывает вращающийся поток капель и перемешивается с ним. Расход мазута – 0,1…3,4 т/ч.

Достоинства: не требуются мощные нефтяные насосы и тонкая очистка

мазута от примесей; широкий диапазон регулирования (15…100 %). Недостатки: сложная конструкция и повышенный уровень шума.

 

Паровоздушная или паромеханическая форсунка. Топливо подается в канал, по внешней поверхности которого поступает пар (давлением 0,5…2,5 МПа) или сжатый воздух. Пар выходит из канала со скоростью до 1000 м/с и распыляет топливо (мазут) на мельчайшие частички. Природный газ также поступает по каналу в топку. Воздух нагнетается в топку вентилятором через амбразуру.

3. Газовые горелки. Газогорелочные устройства (горелки) предназначены для подачи к месту горения (в топку) газовоздушной смеси или раздельно газа и воздуха, устойчивого сжигания и регулирования процесса горения. Основной характеристикой является тепловая мощность горелки, т.е. количество теплоты, выделяемое при полном сжигании газа, поданного через горелку, и определяется произведением расхода газа на его низшую теплоту сгорания.

Основные параметры горелок: номинальная  тепловая мощность, номинальное давление газа (воздуха) перед горелкой, номинальная относительная длина факела, коэффициенты предельного и рабочего регулирования горелки по тепловой мощности, удельная металлоемкость, давление в камере сгорания, шумовая характеристика.

Существуют три основных метода сжигания газа.

1) Диффузионный – в топку газ и воздух в необходимых количествах подают раздельно, а смешение происходит в топке.

2) Кинетический – в горелку подают полностью подготовленную газовоздушную смесь с избыточным количеством воздуха. Воздух смешивается с газом в смесителях, и смесь быстро сгорает в коротком слабосветящемся пламени при обязательном наличии стабилизатора горения.

3) Смешанный – в горелку подают хорошо подготовленную смесь газа с воздухом, содержащую только часть (30…70 %) воздуха, необходимого для горения. Этот воздух называют первичным. Остальной (вторичный) воздух поступает к факелу (устью горелки) путем диффузии. К этой же группе относят горелки, у которых газовоздушная смесь содержит весь воздух, необходимый для горения, и смешение происходит и в горелке, и самом факеле.

Наличие устойчивого пламени является важнейшим условием надежной и безопасной работы котельного агрегата. При неустойчивом горении пламя может проскочить внутрь горелки или оторваться от нее, что приведет к загазованности топки и газоходов и взрыву газовоздушной смеси при последующем повторном розжиге. Скорость распространения пламени для различных газов неодинакова: наибольшая 2,1 м/с – для смеси водорода с воздухом, а наименьшая 0,37 м/с – для смеси метана с воздухом. Если скорость газовоздушного потока окажется меньше скорости распространения пламени, происходит проскок пламени в горелке, а если больше – отрыв пламени.

По способу подачи воздуха для  горения различают следующие конструкции горелок.

1. Горелки с поступлением воздуха  к месту горения за счет разрежения в топке, создаваемого дымовой трубой или дымососом, или конвекции.

Смешение газа с воздухом происходит не в горелке, а за ней, в амбразуре или топке, одновременно с процессом горения. Такие горелки называют диффузионными, они равномерно прогревают всю топку, имеют простую конструкцию, работают бесшумно, факел устойчив по отношению к отрыву, проскок пламени невозможен.

2. Горелки с инжекцией воздуха  газом, или инжекционные. Схема инжекционной горелки приведена на рис. 7.

 

 

 

Рис. 7. Схема инжекционной горелки:

 

Струя газа, поступающего из газопровода  под давлением, выбрасывается из одного или нескольких сопл с большой скоростью, в результате скорость потока увеличивается, а давление в камере смешения снижается.

За счет разрежения в камере наружный воздух подсасывается (инжектируется) в горелку и при движении по камере смешивается с газом. Объемный расход инжектируемого воздуха регулируется положением кольца, которое вращается на резьбе, уменьшая или увеличивая при этом сечение между кольцом и обмуровкой. Смесь газа и воздуха проходит камеру смешения и поступает в его расширяющуюся часть – диффузор, где скорость смеси снижается, а давление при этом возрастает, после чего газовоздушная смесь проходит через распределительную решетку – рассекатель, или поступает в коллектор с огневыми отверстиями и попадает в топку, где сгорает в виде маленьких голубовато-фиолетовых факелов.

3. Горелки с инжекцией газа  воздухом. В них для инжекции газа используется энергия струй сжатого воздуха, создаваемого вентилятором, а давление газа перед горелкой поддерживается постоянным с помощью специального регулятора. Достоинства: подача газа в смеситель возможна со скоростью, близкой к скорости воздуха; возможность использования холодного или нагретого воздуха с переменным давлением. Недостаток: использование регуляторов.

4. Горелки с принудительной подачей  воздуха без предварительной подготовки газовоздушной среды. Смешение газа с воздухом происходит в процессе горения (т.е. вне горелки), и длина факела определяет путь, на котором это смешение заканчивается. Для укорочения факела газ подают в виде струек, направленных под углом к потоку воздуха, осуществляют закручивание потока воздуха, увеличивают разницу в давлениях газа и воздуха и т.п. По методу подготовки смеси, данные горелки являются диффузионными (проскок пламени невозможен), они применяются как резервные при переводе одного топлива на другое в котлах ДКВР, в виде подовых и вертикально-щелевых.