Котельные установки

Продукты  сгорания топлива, называемые иначе газами, поступают в котельные газоходы, при  этом обогревается поверхность пароперегревателя, омывают трубы экономайзера, в котором происходит подогрев питательной воды до температуры, близкой к 200 С, поступающей в барабаны котла. Далее дымовые  газы проходят в дымоход и поступают в воздухоподогреватель. Из него газы через дымовую трубу выходят в атмосферу. Вода в котел подается по трубопроводу прямой и обратной воды. Пар из барабана котла, минуя пароперегреватель, поступает на паропровод.

Одним из важнейших показателей  конструкции котлоагрегата является его циркуляционная способность. Равномерная и интенсивная циркуляция  воды и паровой смеси способствует смыванию со стены пузырьков пара и газа, выделяющихся из воды, а так же препятствует отложению на стенках накипи, что в свою очередь обеспечивает невысокую температуру стенок (200-400  С), ненамного превышающую температуру насыщения и еще не опасную для прочности котельной стали. Паровой котел ДЕ -10-14 Г принадлежит к котлам естественной циркуляцией.

Для выполнения технологических  процессов в котельной предусмотрен силовой щит управления. Питание  щита осуществляется от силового щита электропитания существующего теплопункта. На щите управления котельной установлены световые табло, извещающие аварию и работу котлов и насосов.

Для обеспечения электробезопасности  обслуживания в котельной в качестве защитной меры предусмотрено заземление оборудования, конструкций, путем присоединения  к контуру заземления.

Защита здания от атмосферного электричества обеспечивается защитной зоной, создаваемой молниеотводами.

В котельной предусмотрено  рабочее и аварийное освещение. Последнее обеспечивает условия  продолжения работы и эвакуации  персонала.

Воздух к горелкам котла  нагнетается вентилятором под давлением 65-195 кПа. В летний период года забор воздуха берётся с улицы. В зимнее время года из помещения котельной. Топливо (в данном технологическом процессе это природный газ) поступает к горелкам котла под давлением 60-180 кПа. Рабочее соотношение топливо воздух указывается в режимной карте.

В горелках котла происходит пропорциональное смешивание топлива  с воздухом.

Передача теплоты от продуктов  сгорания к воде, пароводяной смеси, пару, движущейся в элементах котла, осуществляется за счёт теплопроводности и конвекции, происходящих одновременно. Через металлические стенки, а  также внешние и внутренние загрязнения  теплота передаётся теплопроводностью.

При сжигании газа источником излучения является объём его  горящего факела и получаемые продукты сгорания. При этом интенсивность  излучения факела зависит от состава  газа и условий протекания процесса.

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.

Рисунок 1. Структурная схема  котла.

Деминерализованная вода подается через клапан регулятора уровня воды в деаэраторе в распределительный  коллектор головки деаэратора.

Деаэратор предназначен для удаления из деминерализованной воды растворенного кислорода и углекислого газа и состоит из трубчатого подогревателя (конденсатора выпара паровоздушной смеси) с поверхностью теплообмена, деаэрационной колонки (головки деаэратора) и бака-аккумулятора.

Деминерализованная вода поступает  в трубчатый подогреватель деаэратора, где подогревается до 58^оС за счет охлаждения парогазовой смеси выхлопа деаэрационной колонки (головки деаэратора), и через распределительный коллектор поступает в деаэрационную колонку. Деминерализованная вода проходит через камеру с разбрызгивающими соплами, равномерно распределяющими поток по объему верхней части деаэрационной колонки. Распределенная таким образом вода поступает на сетчатые поддоны, снизу омываемые паром, поступающим через распределительный коллектор нижней части деаэрационной колонки (под сетчатыми поддонами) по всей ее длине. Вода в пленочном режиме контактирует с паром, нагревается, при этом происходит процесс ее дегазации, т.е. выделение растворенного в ней кислорода и углекислого газа в объем деаэрационной колонки.

Деаэрированная вода совместно с частью подводимого пара сливается по перепускным трубам в бак-аккумулятор. Верхняя часть бака-аккумулятора соединена с деаэрационной колонкой дыхательными трубками. Для подогрева деминерализованной воды в деаэрационную колонку подается пар, через клапан регулирующий давление в деаэраторе. Также пар поступает в головку деаэратора.

Из деаэратора питательная вода поступает на всас питательного насоса.

Насос имеет линии минимального расхода, с установленными на них  клапанами со сбросом воды в деаэратор, для предотвращения работы насоса при  низком или нулевом расходе питательной  воды. Открытие клапана происходит при расходе воды 30 т/ч, закрытие - 70 т/ч.

Насос оснащен индивидуальной маслосистемой. Смазка подшипников осуществляется за счет разбрызгивающего кольца. Уровень  масла контролируется по указательному  фонарю (лубрикатору). Подшипники насоса оборудованы приборами контроля температуры.

Блочные водоподготовительные установки (БВПУ) предназначены для умягчения воды. По способу смягчения они делятся на одноступенчатые и двухступенчатые.

Особенности:

• Обеспечивают очистку высокозагрязненных пресных и минерализованных поверхностных и подземных вод с цветностью до 400 градусов, содержанием железа и марганца до 30 мг/дм³, жесткостью до 20 мг-экв/дм³ и солесодержанием до 30 г/дм³.
• Позволяют получать глубокоочищенную воду с удельной электропроводностью 0,05 мкСм/см и содержанием кислорода до 0,02 мг/дм³.
• Могут поставляться в комплекте с быстровозводимыми каркасно-панельными зданиями, оборудованными внутренними инженерными системами.

БВПУ представляют собой скомпанованный и обвязанный трубопроводами набор узлов установленных на общей раме и предназначены для осветления и умягчения, либо для двуступенчатого умягчения воды, используемой в схемах водоподготовительных установок промышленных и отопительных котельных, различных технологических процессов. Технологический процесс подготовки включает в себя выполнение следующих операций: умягчение воды, взрыхление осветительного фильтра, отмывку. Исходная вода насосом подается в осветительный фильтр, после чего осветительная вода поступает в ионитный противоточный фильтр, в котором пропуск воды осуществляется сверху вниз, после умягченная вода направляется в бак питательной воды. Для обеспечения котлов-утилизаторов производства мономеров питательной водой высокого давления в котельной установлен питательный насос с электроприводом. Подшипники питательного насоса снабжены контрольным прибором температуры. Расход питательной воды на котлы-утилизаторы фиксируется расходомерами.

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. Процесс обратный парообразованию называют конденсацией. Жидкость, образующуюся при конденсации называют конденсатом. Она используется для охлаждения поверхностей металла в пароперегревателях. 
Пар, образуемый в котлоагрегате, подразделяется на насыщенный и перегретый. Насыщенный пар в свою очередь делится на сухой и влажный. Так как на теплоэлектростанциях требуется перегретый пар, то для его перегрева устанавливается пароперегреватель, в данном случае ширмовой и коньюктивный, в которых для перегрева пара используется тепло, полученное в результате сгорания топлива и отходящих газов.

Каждый котел оборудован четырьмя горелками, расположенными в два  яруса на фронте котла. Горелки представляют собой цилиндрическую жесткую конструкцию, наружным фланцем крепящуюся к кожуху воздушного короба, внутренним фланцем - к обечайке амбразуры горелки, образованной разводкой труб экрана. Для прохода  воздуха в кожухе горелки выставлен  промежуточный фланец, между которым  и внутренним фланцем смонтированы поворотные лопатки воздушного регистра. Привод лопаток выведен наружу горелки. Газопровод к котлу разводится к  каждой горелке, проходит через отсечные клапаны и ручные газовые клапаны  по гибкому соединению, подается в  газовый коллектор горелки. От коллектора горелки через фланцевые уплотнения до устья амбразуры проходят газовые  стволы, оканчивающиеся распределительными наконечниками. Газ из коллектора по стволам выходит через отверстия  наконечников под углом к потоку воздуха и смешивается с ним. Для интенсификации процесса смешения газа с воздухом в зоне амбразуры  горелки на центральном стволе горелки  расположен лопастной завихритель воздуха.

Каждая горелка оборудована  газовым запальным устройством  с подводом к ним через блокирующие  электроклапаны азота для их продувки, приборами контроля пламени запальника и пламени горелок, гляделками и сервоприводами поворотных лопаток воздушных регистров. Управление отсечными клапанами газа, сервоприводами воздушных регистров и датчики пламени входят в систему автоматики розжига и блокировки котлов.

Для приема газа, пуска и останова горелки газопроводы имеют продувочные  свечи, выведенные за пределы корпуса  котельной выше уровня крыши.

Розжиг горелок осуществляется от запальных горелок с электроискровым  запальным устройством и ионизационным  датчиком пламени. Газовые горелки  котлов оборудованы фотодатчиками  пламени, которые входят в систему  блокировки котла для защиты его  от загазованности при розжиге горелки  или при погасании факела каждой горелки.

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. 

Из многих параметров характеризующих  процесс, необходимо выбрать те, которые  подлежат регулированию и изменением которых целесообразно вносить  регулирующее воздействие. Для этого  необходимы результаты анализа целевого назначения процесса. Исходя из результатов  анализа, выбирают критерий управления, его заданное значение и параметры, изменением которых наиболее целесообразно на него воздействовать. Последнее осуществляется на основе статических и динамических характеристик процесса, дающих представление о взаимозависимости параметров.

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