Шпаргалка по энергетическим системам

Классификация котлов

По назначению:

- энергетические котлы — предназначены для производства пара, использующегося в паровых турбинах

- промышленные котлы — вырабатывают пар для технологических нужд

- котлы-утилизаторы — вырабатывают пар или горячую воду, источником теплоты являются горячие газы, образующихся в технологическом цикле

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы могут быть подразделены на две группы:

- газотрубные (жаротрубные, дымогарные) котлы

- водотрубные котлы

Водотрубные котлы по принципу движения воды и пароводяной смеси подразделяются на:

- барабанные (с естественной и  принудительной циркуляцией)

- прямоточные

В водотрубных парогенераторах  внутри труб движется вода и пароводяная  смесь, а дымовые газы омывают  трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В газотрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а теплоноситель омывает трубы снаружи.

Наиболее  характерные особенности котла  и основные параметры вводятся в  его обозначение. В принятых по ГОСТ 3619—82 обозначениях указывается тип  котла, паропроизводи-тельность (т/ч) и  давление (МПа), температура перегрева  и промежуточного перегрева пара, вид сжигаемого топлива и системы  шлакоудаления для твердого топлива  и некоторые другие особенности. 
Буквенные обозначения типа котла и вида сжигаемого топлива: Е — с естественной циркуляцией, Пр — с принудительной циркуляцией, П — прямоточный, Пп — прямоточный с промежуточным перегревом; Еп — барабанный с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом; Г — газообразное топливо, М —мазут, Б — бурые угли, К—каменные угли, Т, Ж — соответственно с твердым и жидким шлакоудалением. Например, котел барабанный с естественной циркуляцией производительностью 210 т/ч с давлением 13,8 МПа и температурой перегрева пара 565° С на каменном угле с твердым шлакоудалением обозначают: Е-210-13,

 

8.Тепловой баланс  котельного агрегата и его  КПД.

Тепловой  баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в агрегат количеством теплоты и его расходом. Наосновании теплового баланса определяют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия, эффективность работыкотельного агрегата.

В котельном агрегате химически связанная энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на выработку и перегрев пара или нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразования энергии вырабатываемый продукт (пар, вода и т.д.) воспринимает только часть теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности организации процессов преобразования энергии (сжигания потлива) и передачи теплоты вырабатываемому продукту.

Уравнение теплового баланса для установившегося  теплового состояния агрегата записывают в следующем виде: 
Q^p_p=Q₁+ Q_п илиQ^р_р=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆ (14.1)где Q^p_p – теплота, которой располагают; Q₁ – использованная теплота; Q_п - общие потери; Q₂ – потери теплоты с уходящими газами; Q₃ – потери теплоты от химического недожога; Q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания; Q₅ – потери теплоты в окружающую среду; Q₆ – потери теплоты с физической теплотой шлаков.

Мгновенный КПД котла – это соотношение полезной мощности,  сообщаемой греющему контуру, и мощности, потребляемой котлом (теплопотребление). Мгновенный КПД котла зависит от нескольких параметров: качества горелки, работы теплообменника, качества и чистоты сгорания, управления горелкой и изоляции котла. Современные жидкотопливные и газовые котлы имеют КПД от 92 до 95 %. Конденсационные котлы обеспечивают еще более высокий КПД (от 98 до 105%). Однако мгновенный кпд – не единственный параметр, по которому оценивается производительность котла. Лучший показатель энергопроизводительности котла – это годовая эксплуатационная эффективность, которая учитывает и систему отопления, и систему ГВС.

КПД отопительного котла

Коэффициентом полезного действия отопительного котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте отопительного котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД отопительного котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто). По разности выработанной и отпущенной теплот определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды. В итоге КПД-брутто отопительного котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто — коммерческую экономичность. Для котельного агрегата КПД-брутто, %:

по уравнению прямого баланса: η_бр = 100 Q_пол / Q_р^р

где Q_пол — количество полезно используемой теплоты, МДж/кг; Q_р^р — располагаемая теплота, МДж/кг;

 
по уравнению обратного баланса:  η_бр = 100 - (q_у.г + q_х.н + q_н.о)

где q_у.г, q_х.н, q_н.о — относительные потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, отнаружного охлаждения.

Тогда КПД-нетто отопительного котла по уравнению обратного баланса

η_нетто = η_бр - q_с.н

где q_с.н — расход энергии на собственные нужды, %. 
Определение КПД по уравнению прямого баланса проводят преимущественно при отчетности за отдельный период (декада, месяц), а по уравнению обратного баланса — при испытании отопительного котла. Вычисление КПД отопительного котла по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива.

 

 
Зависимость КПД котла  η_к от его нагрузки (D/D_ном) 100

q_у.г, q_х.н, q_н.о — потери теплоты с уходящими газами, от химической и механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения и суммарные потер.

Таким образом, для повышения эффективности отопительного котла недостаточно стремиться к снижению тепловых потерь; необходимо также всемерно сокращать расходы тепловой и электрической энергии на собственные нужды, которые составляют в среднем 3...5% теплоты, располагаемой котельным агрегатом. 
Изменение КПД отопительного котла  зависит от его нагрузки. Для построения этой зависимости (рис.) нужно от 100% вычесть последовательно все потери котельного агрегата, которые зависят от нагрузки, т.е. q_у.г, q_х.н, q_н.о. Как видно из рисунок, КПД отопительного котла при определенной нагрузке имеет максимальное значение. Работа котла на этой нагрузке наиболее экономична.

9.Системы пароснабжения.  Схемы сбора и возврата промышленного  конденсата

Абонентские установки для возврата конденсата состоят из конденсатоотводчиков, сборников  конденсата, конденсатных насосов и  трубопроводов.

Допустимая  норма растворённого кислорода  в перекачиваемом конденсате, при  которой не происходит коррозии стальных конденсатопроводов, составляет 0,1 мг/л. Особенно активно происходит процесс  коррозии при наличии в конденсате, кроме кислорода, ещё и углекислоты.

Помимо  разрушения трубопроводов, коррозия увеличивает  их гидравлическое сопротивление вследствие роста шероховатости стенок и  уменьшения поперечного сечения  трубопроводов. Продукты коррозии, образующиеся на внутренней поверхности конденсатопроводов, смываются и уносятся конденсатом, что приводит в результате к затруднениям в эксплуатации котельного оборудования. В конденсатных системах наблюдается, как язвенная коррозия, так и равномерная. Особенно опасна язвенная коррозия вследствие образования сквозных свищей, выводящих  трубопровод из строя в короткое время.

Язвенная  коррозия возникает в условиях отсутствия движения конденсата по трубопроводу. Для её предупреждения необходимо непрерывно откачивать конденсат. Кислородная  коррозия конденсатопроводов устраняется  применением закрытых конденсатосборных  установок, в которых конденсат  находится под избыточным (выше атмосферного) давлением паровой подушки и  не имеет контакта с атмосферным  воздухом. При эксплуатации открытых систем температуру возвращаемого  конденсата необходимо поддерживать на уровне 95-100 С. Чем выше температура  конденсата, тем ниже содержание в  нём растворённого кислорода  и тем долговечнее система. Для  защиты конденсата от аэрации с поверхности  открытых конденсатных баков применяют  сталестружечный затвор с поплавком.

Отвод конденсата из пароприёмников и трубопроводов.

Нагревание  той или иной среды паром возможно двумя путями: или непосредственным контактом (смешением) пара с нагреваемой  средой, или пропусканием пара через  поверхностные нагреватели. В первом случае пар отдаёт часть содержащегося  в нём тепла, и происходит его  полная конденсация, причём, конденсат  остаётся вместе с нагреваемым веществом. Во втором случае тепло пара передаётся нагреваемой среде через разделяющую  стенку, а пар, соприкасаясь с более  холодной стенкой и остывая, конденсируется.

Если  имеет место некоторое накопление конденсата в нагревательных элементах, то конденсат отдаёт часть своего тепла через стенку нагревательного  элемента нагреваемому веществу, и  температура конденсата становится ниже температуры насыщенного пара, то есть имеет место, так называемое, переохлаждение конденсата. Заполнение конденсатом части нагревательных элементов теплоиспользующей установки  уменьшает активную поверхность  нагрева и ведёт к снижению производительности установки. В большинстве  случаев выгодно не допускать  переохлаждение конденсата, а отводить его при температуре насыщения.

Отвод из теплоиспользующих установок  и нагревательных приборов без пропуска вместе с ним пара достигается  при помощи специальных устройств, называемых конденсатоотводчиками.

Нарушение нормальной работы конденсатоотводчиков может привести к большим потерям  тепла или чрезмерному скоплению  конденсата в нагревательной камере, в результате чего может произойти  нарушение работы аппарата и в  некоторых случаях гидравлические удары.

Насыщенный  водяной пар при выходе из паровых  котлов содержит в себе не-которое  количество воды. При нормальной работе котла влажность такого пара составляет 1 - 4% и значительно возрастает, если вода в котле имеет загрязнения. Для уменьшения конденсации пара при его транспортировке от котельной  до потребителя пар в котле  слегка перегревается. При подаче пара от ТЭЦ пар всегда перегретый.

При повышенной конденсации пара в трубопроводе патрубки для отвода конденсата устанавливаются  более часто. Паропроводы, во избежание  большой конденсации, изолируются, то есть покрываются материалом, плохо  проводящим тепло. Постоянные дренажи  снабжаются конденсатоотводчиками, конденсат  из них собирается для использования. Временные (пусковые) дренажи служат при пуске паропровода и устраиваются в тех местах, где конденсат  может скопиться только после  остановки паропровода. Такими местами  являются нижние точки паропровода, места подъёма, а так же участки  перед задвижками и вентилями  в случае прогрева паропровода участками.

Временный дренаж осуществляется самостоятельными трубопроводами, а конденсатоотводчик на нём не ставят. Временные дренажи  отключают, как только давление при  прогреве паропровода поднимается  до рабочего. 
Конденсатоотводчики.

Конденсатоотводчики применяются для автоматического  бесшумного удаления конденсата с одновременным  запиранием пара. Значение конденсатоотводчиков очень велико. Потери пара только при  неудачной конструкции конденсатоотводчиков и неправильной эксплуатации составляют 25% количества потребляемого пара.

Существуют  различные способы отвода конденсата и разнообразные конструкции  конденсатоотводчиков. По принципу действия конденсатоотводчики делятся на три вида:

- с  гидравлическим затвором (сифоны);

- с  гидравлическим сопротивлением (подпорные  шайбы);

- с  механическим затвором (поплавковые).

Наиболее  простым является отвод конденсата посредством гидравлического затвора.

Недостатками  гидравлических затворов являются: пропуск  несконденсировавшегося пара, выброс конденсата при повышении давления пара в теплообменном аппарате и  большая высота. Для устранения этого  недостатка применяют батарею затворов, соединённых друг с другом последовательно.

Отводчики конденсата с механическим затвором разделяются по принципу действия на следующие группы:

- поплавковые,  основанные на разности удельных  весов конденсата и пара, могут  быть с открытым или закрытым  поплавком;

- термостатические, основанные на расширении тел  от нагревания;

- мембранные.

Термостатические  конденсатоотводчики применяют  для отвода охлаждённого конденсата.

Конденсатоотводчики с механическим затвором часто называют конденсационными горшками. Конденсатоотводчики  с закрытым поплавком применяются  при давлении свыше 10 МПа и выпускаются  с производительностью до 18м3/ч.