0

Котлы и котельные установки

Паровые котлы и котельные установки

Паровые котлы устанавливают на судах для превращения воды в пар за счет тепла, выделяющегося при сжигании топлива. В зависимости от назначения судовые котлы подразделяют на главные, вырабатывающие пар для главных и вспомогательных механизмов, и вспомогательные, обеспечивающие паром систему отопления, камбуз, баню, прачечную и т.п., а также вспомогательные механизмы во время стоянки.

На пароходах вспомогательные котлы действуют только на стоянках (иногда вместо вспомогательного работает один из главных), на теплоходах — в течение всего рейса.

Судовые котлы работают в основном на жидком топливе. Каждый паровой котел состоит из корпуса, топки и газоходов. В корпусе находится вода и пар (внизу водяное, выше — паровое пространство). Поверхность котла, обогреваемая с одной стороны горячими газами, а с другой омываемая водой, называется поверхностью нагрева. Топка служит для сжигания топлива, газоходы — для движения горячих дымовых газов из котла в дымовую трубу.

Паровые котлы характеризуются: площадью поверхности нагрева; паропроизводительностью — количеством пара, вырабатываемого в течение одного часа; рабочим давлением и температурой перегрева пара — основными параметрами пара, производимого котлом *; удельным паросъемом — отношением паропроизводительности к площади поверхности нагрева; коэффициентом полезного действия КПД-отношением полезно использованной теплоты (израсходованной на получение пара) ко всей теплоте, которое отдало сгоревшее в топке топливо.

В зависимости от того, как обтекают горячие газы поверхность нагрева, котлы подразделяют на огнетрубные, водотрубные и комбинированные.

В огнетрубных котлах горячие дымовые газы движутся внутри дымогарных труб и камер, омываемых водой. В водотрубных котлах, наоборот, горячие газы омывают

снаружи трубки, внутри которых находится вода. В комбинированных котлах часть труб служит для прохода горячих газов, а часть омывается газами снаружи. В зависимости от принятого принципа циркуляции различают котлы с естественной и с принудительной циркуляцией воды. Огнетрубные котлы относятся к котлам с естественной циркуляцией. В водотрубных котлах предусматривается либо естественная, либо принудительная циркуляция. Если при принудительной циркуляции вода только один раз проходит по трубкам и полностью испаряется, то такой котел называют прямоточным. Огнетрубные котлы имеют невысокую паропроизводительность (5-6 т/ч), низкий КПД (70-75 %), большие габариты и массу, поэтому они сейчас встречаются только на судах внутреннего плавания старой постройки. На современных пароходах устанавливают только водотрубные котлы.

В водотрубных котлах находящаяся в трубках вода нагревается омывающими их горячими дымовыми газами, которые образуются в топке, и превращается в пар. Чтобы процесс парообразования протекал непрерывно, в трубки все время должна поступать вода. Это обеспечивается естественной или принудительной циркуляцией воды. Естественная циркуляция воды в трубках происходит по схеме, показанной на Рис. 9.3.

Рис. 9.3 Схема циркуляции воды в трубках водотрубного котла.

1 — водяной коллектор; 2 — пароводяной коллектор; 3 — подъемная трубка; 4 — спускная трубка

Нагреваемая горячими дымовыми газами вода, находящаяся в подъемной трубке, поднимается в верхний пароводяной коллектор, одновременно с этим по спускной трубке холодная вода опускается в нижний водяной коллектор. Так устанавливается непрерывное движение воды: по подъемной трубке вверх, по спускной — вниз. По мере нагревания вода в подъемной трубке превращается в пар, который поступает в паровой коллектор, оттуда в пароперегреватель и затем к потребителям.

Рис. 9.4 Вертикально-водотрубный двухбарабанный котел.; _ водяной коллектор; 2 — подъемные водогрейные трубки; 3 — трубки пароперегревателя; 4 — спускные водогрейные трубки; 5 — водоподогреватель; б — дымоход; 7 — пароводяной коллектор; 8 — осевые линии мазутных топок

Водотрубные котлы бывают с малонаклонными трубками — горизонтально-водотрубные (секционные) и с крутонаклонными трубками — вертикально-водотрубные. Наиболее распространены на судах вертикально-водотрубные котлы (Рис. 9.4).

Они состоят из одного-двух нижних водяных коллекторов и одного верхнего — парового. Водогрейные трубки расположены под углом 35-75° к горизонту. Во время работы котла нижние водяные коллекторы и половина верхнего наполнены водой. Горячие дымовые газы, образующиеся в топке при сжигании мазута, омывают нижние пучки водогрейных трубок, трубки пароперегревателя, расположенные между рядами водогрейных трубок, задние пучки водогрейных трубок, а также подогреватель питательной воды (водяной экономайзер) и воздуха и выходят через дымоходы и дымовую трубу в атмосферу.

Эти котлы имеют высокий КПД (до 93 %), большую производительность и меньшую массу, чем секционные. Они позволяют получать пар давлением 4,5-10,0 МПа (45 — 100 кгс/см2) с температурой перегрева 470-540°С (на крупнотоннажных танкерах параметры пара котельной установки — 8,0 МПа (80 кгс/см2); 515°С).

Для работы любого котла к нему нужно подвести топливо, питательную воду и воздух, необходимый для горения. Все это обеспечивается топливной, питательной и воздухоподающей системами, которые вместе с котлом, паропроводами и дымоходом образуют котельную установку (Рис. 9.5).

Топливная система состоит из топливных цистерн, фильтров, топливных насосов, подогревателей топлива, трубопроводов. В качестве топливных насосов используют поршневые, шестеренные турбо — или электронасосы. Топливо в топку подается в распыленном виде через распылители — форсунки.

Рис. 9.5 Судовая котельная установка: I — котел; II — топливная система; III — питательная система.

1 — топливная цистерна; 2 — топливный фильтр грубой очистки; 3 — топливный насос; 4 — подогреватель топлива; 5 — топливный фильтр тонкой очистки; 6 — цистерна питательной воды; 7 — деаэратор; 8 — турбопитательный насос; 9 — водоподо-греватель; 10 — экономайзер котла; // — воздухоподогреватель; 12 — котельный вентилятор; 13 — паровой коллектор котла; 14 — пароперегреватель; 15 — воздухопровод; 16 — форсунки

Питательная система подготавливает котельно-питательную воду и подает ее в котел. Она состоит из водяной цистерны, питательных насосов, подогревателей и трубопроводов. Котельные установки, вырабатывающие пар высоких параметров, имеют в составе питательной системы деаэраторы, предназначенные для выделения из воды растворенного в ней кислорода. Это необходимо для того, чтобы избыток кислорода не увеличивал коррозию (ржавление) внутренних поверхностей котла. Питательные насосы бывают поршневыми (для котлов низкого давления) и центробежными — с электро — или турбоприводом.

Воздухоподающая система подает воздух, необходимый для процесса горения топлива, в топку специальными котельными вентиляторами (с турбо — или электроприводом). Горячие дымовые газы, пройдя котел, удаляются в атмосферу через дымоходы и дымовую трубу.

Паропроводы, состоящие из труб и арматуры, служат для отвода пара от котлов к потребителям.

Вспомогательные котлы устанавливают на судах для обеспечения паром бытовых потребителей. Они имеют небольшую по сравнению с главными котлами паропроизводитель-ность (1-5 т/ч) и невысокие параметры пара (давление-до 1,0 МПа (10 кгс/см2), температура-до 200°). Исключение составляют вспомогательные котлы дизельных танкеров, обеспечивающие при необходимости паром привод грузовых насосов, палубных механизмов, а также обогрев груза и пропаривание грузовых танков: их производительность достигает 25-30 т/ч, а давление пара — 2,5-28 МПа (25-280 кгс/см2). КПД вспомогательных котлов — 70-80 %. На современных судах используют главные и вспомогательные котлы, у которых управление процессами питания и горения автоматизировано.

Утилизационные котлы, использующие тепло отработавших газов главного двигателя, применяют на судах с дизельными и газотурбинными энергетическими установками, вследствие чего увеличивается КПД энергетической установки. Их размещают на выхлопном трубопроводе.

>Основы теплотехники

Котельные установки



Котельной установкой называют совокупность устройств для производства теплоты, горячей воды или пара заданных параметров и в требуемом количестве.

В зависимости от назначения котельные установки подразделяют на энергетические, производственно-технологические, а также отопительные.

Энергетические котельные установки обеспечивают паром паровые двигатели — паровые турбины и машины, в которых пар является рабочим телом, совершающим полезную работу в результате изменения параметров состояния. В энергетических котельных установках вырабатывается перегретый пар низкого давления до 3 МПа, среднего – до 10 МПа, высокого – до 14 МПа и сверхвысокого давления – до 25,5 МПа.

Производственно-технологические котельные установки вырабатывают пар для технологических нужд и отопления производственных помещений. Производственно-технологические котельные установки вырабатывают пар низкого давления 0,3…0,7 МПа и реже – до 1,3 МПа.

Тепловые (отопительные) котельные установки, как и следует из названия, обеспечивают теплотой отопительные, вентиляционные системы и установки горячего водоснабжения. Отопительные котельные установки вырабатывают пар с избыточным давлением 0,13…0,3 МПа.

Котельная установка состоит из котельного агрегата и ряда вспомогательных устройств.
Котельный агрегат является основной частью котельной установки.
В его состав входят топка, в которой сжигается топливо, котел и пароперегреватель, служащий для превращения поступающей в него воды в насыщенный пар.
К дополнительному оборудованию котельной установки можно отнести экономайзер для подогрева питательной воды, воздухоподогреватель для подогрева воздуха, поступающего в топку, дутьевой вентилятор, подающий воздух в воздухоподогреватель, обмуровка, уменьшающая потери теплоты в окружающую среду, различная арматура и гарнитура для обслуживания котельной установки и обеспечения безопасной работы котельного агрегата.
Кроме того, к оборудованию, обеспечивающему работу котельной установки, относятся: склады топлива, топливоподающие устройства, топливоподготовительные устройства (дробилки, сушилки, мельницы, бункеры, питатели и т. д.), устройства золо- и шлакоудаления, дымососы и дымовые трубы, водоподготовительные устройства (для удаления из воды примесей) и некоторые другие устройства.

Работа котельной установки заключается в получении насыщенного пара в котле путем сжигания топлива в топке; затем этот пар в пароперегревателе превращается в перегретый пар и далее направляется в паровую турбину или другим потребителям.

Основные требования, предъявляемые к котельной установке – безаварийность работы, легкое регулирование, высокая производительность, минимальная стоимость пара.
Основными показателями, характеризующими экономичность работы котельного агрегата, являются тепловой баланс и коэффициент полезного действия.

Тепловой баланс устанавливает соотношение между количеством теплоты, поступившей в котельный агрегат, и суммой израсходованной теплоты, которая слагается из полезно используемой теплоты (затраченной на получение пара) и неизбежных тепловых потерь.

Потери теплоты в котельной установке складываются из потерь с уходящими дымовыми газами (самые значительные потери тепла), потерь на химическую и механическую неполноту сгорания топлива, и потерь тепла в окружающую среду через обмуровку котельного агрегата.

Уменьшают потери тепла с уходящими газами путем снижения их температуры на выходе из котельного агрегата. Этого можно достичь, используя различные подогреватели, теплообменники и экономайзеры для нагревания воды, используемой для технологических и отопительных целей. Однако чрезмерное охлаждение дымовых газов нежелательно, поскольку это влечет за собой появление конденсата, вызывающего коррозию труб и металлических частей котельного агрегата. При этом коррозия увеличивается воздействием серной кислоты, образующейся в результате взаимодействия влаги с двуокисью серы SO2, содержащейся в продуктах сгорания.

Потери от химической неполноты сгорания чаще всего зависят от правильности выбора режима подачи воздуха в топку. Потери от механической неполноты сгорания зависят от вида и качества топлива, способа его сжигания и условий эксплуатации котельной установки.

Для характеристики экономичности котельного агрегата вводят понятие брутто-коэффициента полезного действия, который представляет собой отношение полезно использованной теплоты ко всей теплоте, полученной в результате сжигания топлива.
Обычно котельные установки имеют брутто-коэффициент полезного действия в пределах 0,7…0,93.

В водогрейных котельных агрегатах производится нагрев воды до требуемой температуры, которая затем по трубопроводам направляется потребителям с помощью насосных установок.

***



Классификация котлов

В зависимости от назначения котлы подразделяются на паровые и водогрейные.
Паровые служат для превращения воды в пар определенного давления с дальнейшим использованием его кинетической энергии.
Водогрейные котлы предназначены для получения горячей воды, которая может быть использована в системах теплоснабжения жилищно-коммунальных объектов, технологических нужд промышленных предприятий и сельского хозяйства, объектов промышленного и бытового назначения. Применение паровых котлов для этих целей, как это реализовано во многих котельных, не рационально.

Применяемые в настоящее время водогрейные котлы можно условно разделить по материалу изготовления на чугунные и стальные.

Чугунные котлы предназначены для нагрева воды до температуры не выше 95° C при давлении не выше 0,6 МПа. Теплопроизводительность таких котлов, как правило, не выше 1,0 МВт. Чугунные котлы обладают высокой коррозийной стойкостью, не требуют обмуровки и благодаря материалу-чугуну, имеют низкую стоимость.
Однако технологические свойства чугуна определяют также большую толщину, значительный вес, высокую склонность к загрязнению и даже взрывоопасность таких котлов.

В отличие от чугунных, стальные котлы, в целом, не имеют ограничений по температуре нагрева и давлению воды. Они значительно легче и более удобны для ремонта и обслуживания.
По конструктивному исполнению стальные котлы подразделяются на три основные группы — жаротрубно-дымогарные, водотрубно-дымогарные и водотрубные.
Принцип работы жаротрубно-дымогарных котлов построен на сгорании топлива в жаровых трубах, пронизывающих корпус котла, заполненный водой. Такие котлы не требуют обмуровки, могут работать без дымососа и не требовательны к качеству воды. Тем не менее, их отличает высокая металлоемкость и большие габариты, низкая надежность жаровых труб и высокая склонность дымогарных труб к забиванию золой. Все это ведет к усложнению эксплуатации и снижению КПД котла.

Стальные водотрубно-дымогарные котлы — это котлы, где топка ограждается трубными панелями и (или) стенами из обмуровочных материалов, а конвективная часть полностью или частично выполняется в виде дымогарных труб, помещенных в водяной объем. Такие котлы менее металлоемки и взрывоопасны и более надежны. Однако конструкция этих котлов допускает возможность больших присосов холодного воздуха в газоход, забивание дымогарных труб золой и предполагает высокую температуру уходящих газов при загрязнении труб и при форсировке котла.

Большинства этих недостатков лишены водотрубные котлы. Главное их отличие в организации движения воды и газов — вода движется внутри труб, а газы снаружи. Подобная конструкция позволяет достичь наибольшей интенсивности передачи тепла от газов к воде, а следовательно — наименьшую металлоемкость котла в целом. Кроме того, малый и рассредоточенный по трубам объем воды исключает возможность больших разрушений при взрыве труб.
Недостатки есть, конечно, и у такой системы — необходимость специального газоплотного ограждения и предварительной очистки воды — однако надежность и КПД котлов водотрубной конструкции значительно выше, чем у других.
Таким образом, наиболее эффективными для систем теплоснабжения являются водотрубные водогрейные котлы в газоплотном исполнении.

Нормативные требования к котлам содержатся в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов», которые определяют требования к устройству, изготовлению и эксплуатации паровых котлов, пароперегревателей и экономайзеров с рабочим давлением более 0,07 МПа и водогрейных котлов с температурой роды выше 115° С и распространяются на: паровые котлы с топкой; котлы-утилизаторы; котлы-бойлеры; водогрейные котлы с топкой.

Паровой котел — это устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного, используемого вне самого устройства.

Водогрейный котел — это устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для нагревания воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне самого устройства.

Котел-утилизатор — это паровой или водогрейный котел, в котором в качестве источника тепла используются горячие газы технологического процесса.

Котел-бойлер — это паровой котел, в паровом пространстве которого размещено устройство для нагревания воды, используемой вне самого котла, а также паровой котел, в естественную циркуляцию которого включен отдельно стоящий бойлер.

***

Техника безопасности при работе с котлами

Расчет паровых котлов на машиностроительных заводах выполняют только как поверочный при оформлении технической документации для ввода котла в эксплуатацию или для обоснования допустимости эксплуатации.
Расчет проводится по утвержденным нормативам.

Паровые и водогрейные котлы устанавливают в специальных помещениях — котельных, в которых предусматривается не менее двух выходов. От производственных помещений котельные изолируют несгораемыми стенками.
Кровля котельной выполняется легко сбрасываемой для того, чтобы она в случае взрыва не оказывала большого сопротивления взрывной волне.

Расстояние от верхней площадки для обслуживания котла до нижних конструктивных частей перекрытия котельной принимается не менее 3 м.
Между котлами должен быть свободный проход шириной не менее 1 м, а при боковом обслуживании топки — не менее 2 м.
Устройство котельных в полуподвальных помещениях допускается только при использовании водогрейных котлов с температурой до 100° С или паровых котлов с давлением менее 0,07 МПа.
Для большего удобства и безопасности обслуживания в котельных, по возможности, обеспечивается естественное освещение помещения и обязательно искусственное освещение.

Рассмотрим опасности, которые могут возникнуть при эксплуатации паровых и водогрейных котлов, возможные последствия и меры по их устранению.
Наибольшую опасность представляет взрыв.

Под взрывом парового котла понимается такое нарушение целостности его стенок, при котором происходит мгновенное понижение внутреннего давления до величины внешнего.
При взрыве происходит мгновенное испарение воды, находящейся в котле под давлением и нагретой до температуры свыше 100° С, поскольку вследствие нарушения целостности стенок котла давление в нем понижается до атмосферного. При мгновенном испарении воды образуется огромное количество пара (1 л воды, переходя в пар, увеличивается в объеме примерно в 1700 раз), что и является причиной больших разрушений. Таким образом, опасен не пар, находящийся в паровом пространстве котла, а готовая в любое мгновение испариться, нагретая до температуры более 100° С вода, обладающая громадным запасом энергии.

Аварии паровых котлов могут возникнуть из-за недостатка в них воды, неисправности питателей и водоуказательных приборов, плохого знания правил техники безопасности кочегарами или слабой производственной дисциплины.

При недостатке воды в паровом котле происходит размягчение металла топочной части, в стенках котлов могут образоваться выпучины, которые приводят к разрыву стенки.
Представляет опасность образование и скопление накипи на отдельных элементах котла, которое наблюдается при нерегулярной чистке котлов. По этой причине может образоваться выпучина и возможен разрыв.
При попадании воды на перегретую до красного калeния стенку котла мгновенно образуется пар. Возникающее при этом на ограниченной перегретой и размягченной поверхности стенки котла высокое давление может вызвать ее разрыв.

Неудовлетворительный водный режим представляет опасность для котла по следующим причинам:

  • Накипь, образующаяся на стенках котла, имея низкий коэффициент теплопроводности, способствует перегреву стенок и размягчению металла.
  • Умягченная вода при значительной щелочности вызывает межкристаллитную коррозию, известную под названием каустической хрупкости.
  • Содержание в питательной воде кислорода и углекислого газа вызывает электрохимическую коррозию с образованием на поверхности окислов железа. Электрохимическую коррозию можно предотвратить удалением солей, кислорода и углекислого газа из питательной воды.
    Для предотвращения этого воду, поступающую в котел, предварительно обрабатывают для уменьшения образования накипи на стенках котла. Возможно и умягчение воды посредством ввода в котел умягчающих средств вместе с водой.

***

Предохранительные клапаны паровых и водогрейных котлов

Для предохранения котла от аварии в результате повышения давления применяют предохранительные клапаны. Предохранительные клапаны не должны допускать превышения давления в котле свыше 10% от расчетного. Суммарная пропускная способность предохранительных клапанов должна соответствовать или превышать часовую производительность котла.

Предохранительные клапаны водогрейных котлов рассчитывают по формулам, учитывающим количество и размеры клапанов, тепловую производительность котла, давление и эмпирический коэффициент, зависящий от конструкции клапана.

На котлах, помимо обязательных приборов, устанавливают приборы, контролирующие уровень воды в котле, а в ряде случаев и ее температуру. Устанавливают также устройства, автоматически подающие звуковую или световую сигнализацию при снижении уровня воды в котле до минимального.

Недостаток воды в котле является наиболее частой причиной повреждения котла и взрыва.
Для устранения такой опасности в потолке топки устанавливают предохранительную пробку из легкоплавкого свинцово — оловянистого сплава. При недостатке воды в котле верхняя часть топки перестает охлаждаться, пробка, нагретая топочными газами, быстро расплавляется и в образующееся отверстие начинает поступать пар, который тушит огонь в топке.

***

Идеальный цикл Карно для тепловых машин

Скачать теоретические вопросы к экзаменационным билетам
по учебной дисциплине «Основы гидравлики и теплотехники»
(в формате Word, размер файла 68 кБ)

Скачать рабочую программу
по учебной дисциплине «Основы гидравлики и теплотехники» (в формате Word):

Скачать календарно-тематический план
по учебной дисциплине «Основы гидравлики и теплотехники» (в формате Word):

Термины «котлоагрегат» и «котельная установка»

Название котлоагрегат (котельный агрегат, неправильно парогенератор) появилось исторически в ходе развития паровых котлов. Изначально котёл представлял собой простое устройство без разделения поверхностей нагрева по функциям. Впоследствии необходимость получать пар более высоких параметров с лучшей эффективностью и при меньших габаритах заставила развить поверхности нагрева в топке, добавить пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель. Всё это с примыкающими трубопроводами, газо- и воздуховодами, арматурой, связанное в единое органическое целое, и получило название котельный агрегат в отличие от «собственно котла». Дополнительными устройствами часто оснащались уже существующие простые котлы либо котлы ранее выпускавшихся серий. В современных котлах большой мощности, особенно прямоточных, выделить «собственно котёл» не представляется возможным, для них термины «котёл» и «котлоагрегат» фактически синонимичны.

Котельная установка — это совокупность устройств и механизмов, предназначенных для производства водяного пара или получения горячей воды. Помимо одного или нескольких котлов, в её состав входят вспомогательные устройства и механизмы: дымососы, дутьевые вентиляторы, питательные и водоподготовительные установки, топливоподача, в зависимости от вида топлива — ГРП, мазутное хозяйство, системы золошлакоудаления и золоуловители. Данные системы могут быть индивидуальными или общими для группы котлов.

Теплоносители

Основные статьи: Паровой котёл, Водогрейный котёл

Котельные агрегаты, работающие с теплоносителями — водой и паром, делятся на паровые, генерирующие пар, и водогрейные, в которых вода не меняет агрегатного состояния; встречаются также пароводогрейные (водогрейно-паровые) котлы, генерирующие воду и пар одновременно. Котлы на сверхкритические параметры относят к паровым. Котлы с теплоносителем других типов также могут работать с его переходом из жидкого в парообразное состояние или без такового. Применение теплоносителя с высокой температурой кипения при низком давлении (например, определённых типов масла) либо газового позволяет уменьшить толщину стенок и облегчить эксплуатацию трубопроводов и теплопотребляющего оборудования.

Паровые котлы могут генерировать насыщенный или перегретый пар. В виду высокой стоимости и сложности эксплуатации пароперегревателя и удовлетворительности свойств насыщенного пара (с сухостью обычно не менее 99 %) для многих задач, в небольших промышленных и отопительных котлах с давлением пара до 16 атм генерируется почти всегда насыщенный пар.

Часто теплоноситель на выходе из котла отличается от поставляемого непосредственно потребителям (например, в сетях теплоснабжения циркулирует сетевая вода достаточно низкого качества в плане жёсткости, насыщения газами и т. д., при подаче её в котёл он быстро загрязняется). В таком случае передачу тепла осуществляют через специальные теплообменники (в частности, бойлера паровых котельных).

В некоторых случаях осуществляется перевод паровых котлов на водогрейный режим.

Топливо

Основная статья: Топливо

Котлы могут потреблять твёрдое, жидкое или газообразное топливо различных видов, в зависимости от которых их топочные и горелочные устройства и некоторые другие элементы могут иметь существенные особенности.

Пиролизные котлы имеют отличительною особенность от твердотопливных котлов классического типа горения. В первой камере котла пиролизного типа топливо древесного происхождения (поленья, колотые дрова, обрезки, щепа, опилки, стружка) в условиях термического разложения и недостатка кислорода выделяет газовую смесь насыщенную углеродом. При контакте с раскаленной поверхностью форсунок — газовая смесь воспламеняется во второй камере пиролизного котла и горит с большим выделением тепла. Коэффициент полезного действия таких газогенераторных котлов существенно выше, чем эффективность работы классических котлов на твердом топливе прямого горения.

Иногда производится переделка котлов с одного вида топлива на другой (как правило, твердотопливных на газ).

Энерготехнологические котлы в своих топках производят переработку технологических материалов (например, токсичных стоков и выбросов, мелкозернистых материалов типа керамзита, природных фосфатов); теплота от уходящих газов, чтобы её не выбрасывать бесполезно в атмосферу, воспринимаются поверхностями котла.

Топливо непосредственно не потребляют электрические котлы, а также котлы-утилизаторы, в которых используется теплота горячих газов технологического процесса или двигателей (например, газовой турбины в ПГУ). Возможны комбинированные котлы, использующие электричество или внешнюю теплоту и при этом (одновременно или альтернативно) сжигающие внутри себя топливо. Топка котла-утилизатора, где в основной поток газов добавляется горящее топливо и иногда дополнительный воздух, носит название камера дожигания.

Элементы пароводяного тракта котлоагрегатов

Барабан

Основная статья: Барабан стационарного котла

Барабан парового котла — это сосуд, как правило, в виде горизонтально лежащего цилиндра, в котором начинаются и заканчиваются трубопроводы циркуляции среды через испарительные поверхности и в котором происходит сепарация (прежде всего гравитационная) паровой фазы от жидкой. В барабан поступает вода из экономайзера (или питательная вода, если экономайзера нет), из верхней части забирается пар, из нижней обычно забирают воду по мере накопления в ней с испарением солей (продувка). Для улучшения сепарации внутри барабана имеются различные устройства. Барабан является наиболее толстостенным элементом барабанного котла, поэтому стоит дорого, а тепловые напряжения в металле барабана определяют маневренность котлов. Однако применение паровых котлов без барабана (прямоточных) требует более сложной водоподготовки.

Жаротрубный котёл, фактически, представляет собой барабан, вдоль оси пронизанный трубами, по которым проходят газы. Водотрубные котлы, напротив, развились из котлов с несколькими барабанами, обогреваемыми снаружи газами. В крупных современных водотрубных котлах барабан не омывается газами или получает от них лишь незначительную часть тепловой мощности котла, в то время как основная её часть воспринимается поверхностями нагрева, состоящими из множества параллельных труб, внутри которых протекает рабочее тело.

Поверхности нагрева

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 23 апреля 2012 года.

Поверхности нагрева могут быть нагревательными (для жидкой фазы), испарительными (для полного или частичного перехода жидкой фазы в пар) или перегревательными (для нагрева паровой фазы выше температуры насыщения):9. Также по механизму теплообмена с газами их делят на радиационные (в основном лучистый теплообмен), конвективные (в основном теплообмен путём конвективной теплоотдачи) и радиационно-конвективные (оба механизма имеют примерно одинаковое значение).

Экономайзер

Основная статья: Экономайзер

Экономайзер — поверхность нагрева полностью или в основном нагревательного характера (иногда встречаются кипящие экономайзеры, где до 10 % воды всё же переходит в пар). Термин применяется к паровым котлам; в трубы экономайзера поступает питательная вода, то есть такая, давление которой повышено питательными насосами до максимального в цикле тепловой установки. Во многих котлах экономайзер — последняя по ходу газов поверхность, не считая воздухоподогревателя. При низких температурах газов в этой области лучистый теплообмен не эффективен, поэтому экономайзер — типично конвективная поверхность нагрева: он состоит из большого количества параллельных пучков изогнутых труб, как правило, с развитым спиральным или плавниковым оребрением.

Топочные экраны

См. также: Топка

В большинстве современных котлов, как водогрейных, так и паровых, значительная часть поверхности топки покрыта экранами — блоками параллельно расположенных труб. Исторически это делалось для того, чтобы защитить несущие конструкции котла от термического воздействия открытого пламени, но в современных котлах топочные экраны воспринимают весьма значительную часть общей тепловой мощности за счёт лучистого теплообмена. Различают передний (фронтальный), задний, боковые и потолочный экраны, в некоторых котлах экраны продолжаются и по поду (дну) топки; кроме того, в котле могут быть двусветные экраны, которые с обеих сторон подвергаются излучению. Во фронтальных экранах должны быть промежутки (обычно обеспечиваемые изгибами близлежащих труб), в которые открываются сопла горелок. В прямоточных котлах принято различать в экранах нижнюю (НРЧ), среднюю (СРЧ) и верхнюю (ВРЧ) радиационные части:11—12.

Экранные трубы обычно гладкие, за исключением плавников или листовых проставок, которыми они могут быть соединены друг с другом (излучение, попавшее на эти листы, передаётся к трубам за счёт высокой теплопроводности металла, таким образом обмуровка топки в промежутках между трубами так же защищается). В наиболее мощных котлах в зоне в близи горелок поток излучения настолько высок, что экраны приходится защищать там огнеупорными обмазками; чтобы они держались, а также для улучшения теплообмена, к трубам привариваются со стороны топки шипы или плавники. Также есть опыт применения необмазанных труб с плавниками внутри топки для защиты труб от действия высокоабразивного топлива. Снаружи котла экраны теплоизолируют, обычно обмуровывают и покрывают обшивкой для газоплотности:86, 87. Тем не менее, добиться газоплотности топки в виду огромной площади экранов весьма сложно.

Наиболее обычное применение экранов в энергетических котлах с естественной циркуляцией — в качестве испарительной поверхности; трубы при этом располагаются вертикально с минимальным числом гибов, коллектора, в которые они вварены — горизонтально. Для того, чтобы напора циркуляции хватало на преодоление сопротивления экрана, диаметр труб должен быть достаточно большим (∅ 50—60 мм). Процесс кипения позволяет очень эффективно отводить тепло и не допускать перегрева металла труб, возможного в виду высокой напряжённости теплового потока к экранам. За проход экрана испаряется 4—25 % воды:14. Чтобы неравномерность обогрева различных частей топки меньше сказывалась на надёжности циркуляции, испарительные экраны делят на секции, каждая из которых формирует отдельный циркуляционный контур, — панели:86, 87. В верхней части топок (где тепловые нагрузки не так велики, а также в потолочном экране, где естественная циркуляция затруднена) нередко размещают пароперегревательные экранные поверхности, в которых направление труб принципиальной роли обычно не играет.

В прямоточных котлах часто применяют ленточную навивку Рамзина с многоходовыми подъёмными и подъёмно-опускными панелями. НРЧ в котле Л. К. Рамзина (на докритические параметры) выполняется в виде ленты труб с горизонтально-подъёмной навивкой (под углом 15—20°) и служит для испарения примерно 80 % воды; далее смесь следует в конвективную поверхность переходной зоны в опускном газоходе, а оттуда пар возвращается на перегрев в СРЧ и ВРЧ:18—20, 89, 90. Соответственно, в прямоточных котлах бывают вертикальные коллектора; однако в испарительной части поверхности на некоторых режимах возможно расслоение среды в таких коллекторах, что существенно ухудшает условия работы следующих поверхностей.

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Прочие устройства

Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного или нескольких участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел.
Вы можете помочь проекту, написав этот раздел. Эта отметка установлена 30 сентября 2016 года.

Примечания

  1. 1 2 3 Ошибка в сносках: Неверный тег <ref>; для сносок def не указан текст
  2. 1 2 Ошибка в сносках: Неверный тег <ref>; для сносок Zax не указан текст
  3. Ошибка в сносках: Неверный тег <ref>; для сносок T2G не указан текст
  4. 1 2 Ошибка в сносках: Неверный тег <ref>; для сносок kv не указан текст
  5. 1 2 3 4 5 6 7 Ошибка в сносках: Неверный тег <ref>; для сносок DDI не указан текст
  6. Котельные установки и парогенераторы (конструкционные характеристики энергетических котельных агрегатов / Сост. Е. А. Бойко, А. А. Шпиков. — Красноярск, 2003. — С. 8. — 230 с.
  7. Ошибка в сносках: Неверный тег <ref>; для сносок TGMP не указан текст

Ошибка в сносках: Тег <ref>, определённый в <references>, имеет атрибут группы «», который не упоминается в тексте ранее.
Ошибка в сносках: Тег <ref>, определённый в <references>, имеет атрибут группы «», который не упоминается в тексте ранее.
Ошибка в сносках: Тег <ref>, определённый в <references>, имеет атрибут группы «», который не упоминается в тексте ранее.
Ошибка в сносках: Тег <ref>, определённый в <references>, имеет атрибут группы «», который не упоминается в тексте ранее.
Ошибка в сносках: Тег <ref>, определённый в <references>, имеет атрибут группы «», который не упоминается в тексте ранее.
Ошибка в сносках: Тег <ref>, определённый в <references>, имеет атрибут группы «», который не упоминается в тексте ранее.
Ошибка в сносках: Тег <ref>, определённый в <references>, имеет атрибут группы «», который не упоминается в тексте ранее.
Ошибка в сносках: Тег <ref>, определённый в <references>, имеет атрибут группы «», который не упоминается в тексте ранее.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *