Для сжигания газа и мазута в облегчённой обмуровке
В коллекторы 2 и 3 поступает пароводяная смесь; отделившаяся от смеси вода в барабане по циркуляционным трубам допускается в нижние коллекторы, а пар с обильным количеством капелек воды по пароотводящим трубам поступает в два выносных вертикальных циклона 5. Отделившаяся в циклонах вода по водоотводящим трубам поступает в нижние коллекторы экранов. Пар из выносных циклонов по трубам 8 направляется в сепарационное устройство внутри барабана, а оттуда — в пароперегреватель котла или сразу к теплопотребителю (если пароперегреватель в котле отсутствует). Питательная вода поступает в котёл через клапаны 10. Монтируется котёл на опорной раме.
Котлы изготавливаются паропроизводительностью от 0,7 до 5 5 кг/с (от 2,5 до 20 т/ч) на давление пара 1,3 и 2,3 МПа (13 и 23 кгс/см2). В них сжигается газообразное, жидкое или твердое топливо В соответствии с этим котлы имеют различные типы топок а КПД их может изменяться в пределах от 75 до 91% в зависимости от температуры уходящих газов, поскольку котлы ДКВР монтируются либо с экономайзерами, либо без них. Экономайзеры нагревают питательную воду до 138 - 165 °С за счет охлаждения уходящих газов до 140 - 180 °С.
Водогрейные котлы
Ранее указывалось, что на ТЭЦ с большой тепловой нагрузкой взамен пиковых подогревателей сетевой воды устанавливаются водогрейные котлы большой мощности для централизованного теплоснабжения крупных промышленных предприятий, городов и отдельных районов.
Водогрейные котлы предназначены для получения горячей воды заданных параметров, главным образом для целей отопления. Они работают по прямоточной схеме с постоянным расходом воды. Конечная температура нагрева определяется условиями поддержания стабильной температуры в жилых и рабочих помещениях, обогреваемых отопительными приборами, через которые и циркулирует вода, нагретая в водогрейном котле. Поэтому при постоянной поверхности отопительных приборов температуру воды, подаваемой в них, повышают при снижении температуры окружающей среды. Обычно воду тепловой сети в котлах подогревают от 70-104 до 150-170 °С. В последнее время имеется тенденция к повышению температуры подогрева воды до 180 - 200 С.
Во избежание конденсации водяных паров из уходящих газов и связанной с этим наружной коррозии поверхностей нагрева температура воды на входе в агрегат должна быть выше точки росы для продуктов сгорания. В этом случае температура стенок труб в месте ввода воды также будет не ниже точки росы. Поэтому температура воды на входе не должна быть ниже 60 °С при работе на природном газе, 70 °С при работе на малосернистом мазуте и 110 °С при использовании высокосернистого мазута. Поскольку в теплосети вода может охлаждаться до температуры ниже 60 °С, перед входом в агрегат к ней подмешивается некоторое количество уже нагретой в котле (прямой) воды.
На рис.6. изображен общий вид газомазутного водогрейного котла типа ПТВМ-ЗОМ-4 теплопроизводительностью при работе на мазуте 41 МВт (35 Гкал/ч), хорошо зарекомендовавшего себя в эксплуатации.
Котел имеет П-образную компоновку и оборудован шестью газомазутными горелками (по три на каждой боковой стене) с мазутными форсунками механического распыливания.
а) б)
Рис.6. Газомазутный водогрейный котёл ПТВМ-30М-4:
а- продольный разрез; б-поперечный разрез
Топочная камера котла полностью экранирована трубами диаметром 60 мм. Конвективная поверхность нагрева выполнена из горизонтальных U- образных труб диаметром 28 мм. Конвективная шахта также экранирована. Облегчённая обмуровка котла крепится непосредственно на трубы, опирающиеся, в свою очередь, на каркасную раму. Котлы этого типа, предназначенные для работы на мазуте, оборудуются дробеочистительной установкой. Воздух на все горелки подаётся от одного вентилятора с двигателем мощностью 40кВт. Тяга осуществляется также одним дымососом с электродвигателем мощностью 95кВт.
Циркуляционная схема котла приведена на рис.7. Вода подводится к фронтовому крану топочной камеры, выводится — из бокового экрана топки.
Рис.7. Схема циркуляции котла ПТВМ-30М-4:
1 – фронтовой экран топки; 2 – боковые экраны топки; 3 – боковые экраны конвективной шахты; 4 – конвективные поверхности; 5 – задний экран конвективной части; 6 – задний экран топки
II-4. Основное оборудование котельной установки.
II-4.1. Пароперегреватели.
Пароперегреватель предназначен для повышения температуры пара, поступающего из испарительной системы котла. Он является одним из наиболее ответственных элементов котельного агрегата. С повышением параметров пара тепловосприятие пароперегревателей возрастает до 60% всего тепловосприятия котлоагрегата. Стремление получить высокий перегрев пара вынуждает располагать часть пароперегревателя в зоне высоких температур продуктов сгорания, что, естественно, снижает прочность металла труб. В зависимости от определяющего способа передачи теплоты от газов пароперегреватели или отдельные их ступени разделяются на конвективные, радиационные и полурадиационные (рис.8.).
Пароперегреватели выполняются обычно из труб диаметром 22—54 мм. При высоких параметрах пара их размещают в топочной камере, и большую часть тепла они получают излучением от факела. Это — радиационный пароперегреватель.
Рис.8. Радиационный конвективный пароперегреватель:
1 - барабан; 2 – настенный радиационный перегреватель; 3 – ширмовый полурадиационный перегреватель; 4 – потолочный радиационный перегреватель; 5 – конвективный перегреватель; 6 – отвод перегретого пара; 7 – регулятор перегрева
Конвективные пароперегреватели располагаются в горизонтальном газоходе или в начале конвективной шахты в виде плотных пакетов, образованных змеевиками с шагом по ширине газохода, равным 2,5—3 диаметра трубы.
Конвективные пароперегреватели в зависимости от направления движения пара в змеевиках и потока дымовых газов могут быть противоточными, прямоточными и со смешанным направлением потоков.
Температура перегретого пара должна поддерживаться постоянной всегда независимо от режима работы и нагрузки котлоагрегата, поскольку при ее понижении повышается влажность пара в последних ступенях турбины, а при повышении температуры сверх расчётной появляется опасность чрезмерных термических деформаций и снижения прочности отдельных элементов турбины. Поддерживают температуру пара на постоянном уровне с помощью регулирующих устройств — пароохладителей. Наиболее широко распространены пароохладители впрыскивающего типа, в которых регулирование производится путем впрыскивания обессоленной воды (конденсата) в поток пара. Вода при испарении отнимает часть теплоты у пара и снижает его температуру (рис.9. а).
а)
б)
Рис.9. Впрыскивающий и поверхностный пароохладители:
а – впрыскивающий:
1 – корпус пароохладителя; 2 – отверстия для распыления воды в паре; 3 – диффузор; 4 – цилиндрическая часть рубашки; 5 – лючок для измерительных приборов;
б – поверхностный с охлаждением пара питательной водой:
1 – головка пароохладителя; 2 – трубная доска; 3 – рубашка, препятствующая омыванию паром трубной доски; 4 – один из водяных змеевиков; 5 – коллектор; 6 и 7 – трубы, подводящие и отводящие пар из пароохладителя; 8 и 9 – трубы, подводящие и отводящие питательную воду; 10 – дистанционные перегородки; 11 – продольная перегородка, улучшающая омывание паром змеевиков 4
Обычно впрыскивающий пароохладитель устанавливают между отдельными частями пароперегревателя. Вода впрыскивается через ряд отверстий по окружности сопла и разбрызгивается внутри рубашки, состоящей из диффузора и цилиндрической части, защищающей корпус, имеющий более высокую температуру, от попадания из него брызг воды во избежание образования трещин в металле корпуса из-за резкого изменения температуры.
В котлах средней паропроизводителъности применяются поверхностные пароохладители (рис.9. б), которые обычно размещают при входе пара в пароперегреватель или между его отдельными частями.
К коллектору пар подводится и отводится через змеевики. Внутри коллектора расположены змеевики, по которым течет питательная вода. Температура пара регулируется количеством воды, поступающей в пароохладитель.
II-4.2. Водяные экономайзеры.
Водяные экономайзеры расположены в конвективном газоходе и работают при относительно невысоких температурах продуктов сгорания (дымовых газов).
Они предназначены для подогрева питательной воды перед ее поступлением в испарительную часть котлоагрегата за счет использования тепла уходящих газов. Наиболее часто экономайзеры выполняют из стальных труб диаметром 28 - 38 мм, согнутых в вертикальные змеевики и скомпонованных в пакеты. Трубы в пакетах располагаются в шахматном порядке довольно плотно: расстояние между осями соседних труб поперек потока дымовых газов составляет 2 - 2,5 диаметра трубы, вдоль потока – 1 - 1,5. Крепление труб змеевиков и их дистанционирование осуществляются опорными стойками, закрепленными в большинстве случаев на полых (для воздушного охлаждения), изолированных со стороны горячих газов балках каркаса (рис.10.).
В зависимости от степени подогрева воды экономайзеры делят на некипящие и кипящие. В кипящем экономайзере до 20% воды может превращаться в пар. Общее число параллельно работающих труб выбирается исходя из скорости воды не ниже 0,5 м/с для некипящих и 1 м/с для кипящих экономайзеров.
Рис.10. Стальной змеевиковый экономайзер:
1 – нижний коллектор (вход воды); 2 – верхний коллектор (выход воды); 3 – опорная стойка; 4 – змеевики; 5 – опорные балки (охлаждаемые); 6 – спуск воды
Эти скорости обусловлены необходимостью смывания со стенок труб пузырьков воздуха, способствующих коррозии, и предотвращения расслоения пароводяной смеси, что может привести к перегреву слабо охлаждаемой паром верхней стенки трубы и ее разрыву. Движение воды в экономайзере - обязательно восходящее. Число труб в пакете в горизонтальной плоскости выбирается исходя из скорости продуктов сгорания 6-9 м/с. Скорость эта определяется стремлением, с одной стороны, предохранить змеевики от заноса золой, а с другой - не допустить чрезмерного золового износа. Коэффициенты теплопередачи при этих условиях составляют обычно несколько десятков Вт/(м2·К). Для удобства ремонта и очистки труб от наружных загрязнений экономайзер разделяют на пакеты высотой 1 - 1,5м с зазорами между ними до 800 мм.
В котлах малой мощности и низкого давления широкое распространение получили чугунные ребристые водяные экономайзеры. Чугунные экономайзеры бывают только некипящие. Они устанавливаются на котлах с рабочим избыточным давлением до 2 МПа. Чугунные экономайзеры, изготовленные из специального высококачественного чугуна. Могут применяться на давление до 6 МПа.
На рис.13. представлен общий вид чугунного ребристого экономайзера системы ВТИ. Он набирается из отдельных стандартных ребристых труб длиной 2 м с внутренним диаметром 50 и толщиной стенки 13 мм, форма ребер - квадратная 140 х 140 мм. Ребра на трубах служат для увеличения поверхности нагрева и лучшей передачи тепла горячих газов воде.
а) б)
Рис.11. Чугунный экономайзер:
а - компоновка в газоходе котла; б – элемент экономайзера; 1 – ребристые трубы; 2 – 6 – регулирующая и запорная арматура; 7 – соединительные калачи; 8 – водоохлаждаемая труба-балка
На конце каждой ребристой трубы имеется фланец прямоугольной формы размером 150 х 150 мм. Поверхность нагрева одной трубой составляет 2,95 м2.
Ребристые трубы соединяются между собой калачами, расположенными горизонтально и вертикально, чем обеспечивается проход воды последовательно через все трубы горизонтальных рядов экономайзера. Для уплотнения соединений калачей с ребристыми трубами применяются паронитовые прокладки. Обдувка экономайзеров для очистки налипшей золы и сажистых загрязнений производится сжатым воздухом или перегретым паром давлением не менее 0,8 МПа.
II-4.3. Воздухоподогреватели.
Воздухоподогреватели устанавливаются с целью подогрева воздуха, направляемого затем в топку для повышения эффективности горения топлив и в углеразмольные устройства, за счет использования тепла уходящих газов.
Оптимальная величина подогрева воздуха в воздухоподогревателе зависит от рода сжигаемого топлива, его влажности и типа топочного устройства и колеблется от 200°С для каменных углей, сжигаемых на цепной решетке (во избежание перегрева колосников), и 250°С для торфа, сжигаемого на тех же решетках, до 350 - 450°С при сжигании жидкого и пылевидного топлива в камерных топках.
Для получения высокой температуры подогрева воздуха применяется двухступенчатый подогрев. Для этого воздухонагреватель делится на две части, между которыми («в рассечку») устанавливается часть водяного экономайзера.
Температура воздуха, поступающего в воздухоподогреватель, должна быть не менее чем на 10 - 15 °С выше точки росы дымовых газов во избежание коррозии холодного конца воздухоподогревателя в результате конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах (при их соприкосновении с относительно холодными стенками воздухоподогревателя), а также забивания при этом проходных каналов для газов налипающей на влажные стенки золой. Эти условия можно соблюсти двумя путями: либо повышением температуры уходящих газов и потерей теплоты, что экономически невыгодно, либо установкой специальных устройств для подогрева воздуха перед его поступлением в воздухоподогреватель. Для этого применяются специальные калориферы, в которых воздух подогревается отборным паром от турбин или отработавшим паром от питательных насосов. В некоторых случаях подогрев воздуха осуществляется путем рециркуляции, т.е. часть нагретого в воздухоподогревателе воздуха возвращается через всасывающий патрубок к дутьевому вентилятору и смешивается с холодным воздухом.
На рис.12. показана схема рекуперативного воздухоподогревателя, в котором тепло от газов к воздуху передается через неподвижную разделяющую их металлическую стенку трубы. Как правило, это стальные трубчатые воздухоподогреватели (диаметр трубок 25 - 40 мм). Трубки в нем расположены обычно вертикально, внутри них движутся продукты сгорания; воздух омывает их поперечным потоком в несколько ходов, организуемых за счет перепускных воздуховодов (коробов) и промежуточных перегородок.
Газ в трубках движется со скоростью 8 - 15 м/с, воздух между трубками - вдвое медленнее. Это позволяет иметь примерно равные коэффициенты теплоотдачи с обеих сторон стенки трубы.
Тепловое расширение воздухоподогревателя воспринимается линзовым компенсатором 3, который устанавливается над воздухоподогревателем. При помощи фланцев он прикрепляется болтами снизу к воздухоподогревателю, а сверху к переходной раме предыдущего газохода котлоагрегата.
II-5.1. Тягодутьевые устройства котельного агрегата
Для того чтобы в топке котельного агрегата могло происходить горение топлива, в нее необходимо подавать воздух. Для удаления же из топки газообразных продуктов сгорания и обеспечения их прохождения через всю систему поверхностей нагрева котельного агрегата должна быть создана тяга.
Рис. 12. Трубчатый воздухоподогреватель:
1 – стальные трубы 40х1,5 мм; 2,6 – верхняя и нижняя трубные доски толщиной 20 – 25 мм; 3 – компенсатор тепловых расширений; 4 – воздухоперепускной короб; 5 – промежуточная трубная доска; 7,8 – опорные рама и колонны
В настоящее время различают четыре схемы подачи воздуха и отвода продуктов сгорания в котельных установках:
а) с естественной тягой, создаваемой дымовой трубой, и естественным засасыванием воздуха в топку в результате разрежения в ней, создаваемого тягой трубы;
б) с искусственной тягой, создаваемой дымососом, и засасыванием воздуха в топку в результате разрежения, создаваемого дымососом;
в) с искусственной тягой, создаваемой дымососом, и принудительной подачей воздуха в топку дутьевым вентилятором;
г) с наддувом, при котором вся котельная установка герметизируется и ставится под некоторое создаваемое дутьевым вентилятором избыточное давление, которого хватает на преодоление всех сопротивлений воздушного и газового трактов, что снимает необходимость установки дымососа.
Дымовая труба во всех случаях искусственной тяги или работы под наддувом сохраняется, но при этом основным назначением трубы становится вывод дымовых газов в более высокие слои атмосферы для улучшения условий рассеяния их в пространстве.
Минимальная допустимая высота трубы регламентируется на основе санитарных соображений. Диаметр трубы определяют по скорости истечения дымовых газов из нее при максимальной паропроизводительности всех подключенных к трубе котельных агрегатов. При естественной тяге эта скорость должна находиться в пределах 6-10 м/с, не падая ниже 4 м/с во избежание нарушения тяги ветром (задувания трубы). При искусственной тяге скорость истечения дымовых газов из трубы обычно принимают равной 20-25 м/с.
К котельным агрегатам устанавливают центробежные дымососы и дутьевые вентиляторы, а для парогенераторов производительностью 950 т/ч и выше устанавливают осевые многоступенчатые дымососы.
Дымососы производительностью до 30 м3/с, а также все дутьевые вентиляторы, выпускаемые отечественной промышленностью, выполняют в виде центробежных машин одностороннего всасывания с консольным расположением крыльчатки. Дымососы и дутьевые вентиляторы одного типоразмера имеют одинаковую конструкцию и размеры. Дымососы большей производительности, до 100 м3/с, выполняют с двусторонним всасом.
Дымососы размещают за котельным агрегатом, причем в котельных установках, предназначенных для сжигания твердого топлива, дымососы устанавливают после золоудаления, чтобы уменьшить количество летучей золы, проходящей через дымосос, и тем самым снизить истирание золой крыльчатки дымососа.
Разрежение, которое должно быть создано дымососом, определяется суммарным аэродинамическим сопротивлением газового тракта котельной установки, которое должно быть преодолено при условии, что разрежение дымовых газов вверху топки будет равно 20-30 Н/м2 и будет создано необходимое скоростное давление на выходе дымовых газов из дымовой трубы. В небольших котельных установках разрежение, создаваемое дымососом, обычно составляет 1000-2000 Н/м2, а в крупных установках 2500-3000 Н/м2.
Дутьевые вентиляторы, устанавливаемые перед воздухоподогревателем, предназначены для подачи в него неподогретого воздуха. Давление, создаваемое вентилятором, определяется аэродинамическим сопротивлением воздушного тракта, которое должно быть преодолено. Обычно оно складывается из сопротивлений всасывающего воздуховода, воздухоподогревателя, воздуховодов между воздухоподогревателем и топкой, а также сопротивления решетки и слоя топлива или горелок. В сумме эти сопротивления составляют 1000-1500 Н/м2 для котельных установок малой производительности и возрастают до 2000-2500 Н/м2 для крупных котельных установок.
II-5.2. Устройства топливоподачи.
При работе котельных на жидком топливе (мазуте), как на основном виде топлива или резервном, в состав топливного хозяйства входят приемо-сливные устройства, мазутохранилище, насосная станция и система мазутопроводов, расположенных как внутри котельной, так и за ее пределами.
В качестве мазутохранилищ обычно используют не менее двух резервуаров емкостью, примерно равной 15-20-суточному запасу топлива. Резервуары могут быть подземными, полуподземными и наземными. Для разогрева мазута в них устанавливают поверхностные теплообменники. Из резервуара мазут с помощью насоса подается в котельную. Применяют насосы поршневые, шестеренчатые и центробежные. Напор насоса принимается ,из расчета преодоления всех сопротивлений в мазутопроводе с учетом обеспечения необходимого подпора перед форсунками. Для паровых и воздушных форсунок напор должен составлять не менее 50 кПа, а для форсунок с механическим распылением -2,0-3,5 МПа.
Рис.13. Схема газового ввода
Трубопроводы между мазутохранилищем и котельной можно, располагать над землей или под землей, в траншеях и туннелях. Скорость движения мазута в трубопроводах в зависимости от его вязкости принимается равной: во всасывающей линии 0,8-1 м/с, в нагнетательной 1-1,5 м/с и более.
Газообразное топливо - природный газ - в настоящее время широко используется в котельных самого разнообразного назначения. Большое преимущество газообразного топлива заключается в том, что при его сжигании заметно улучшаются показатели работы котла, отпадает необходимость в устройстве громоздких систем топливоподачи и золоудаления, существенно облегчается обслуживание котла. Однако при сжигании газа необходимо строго соблюдать правила техники безопасности, не допуская его утечки, что может вызвать отравление обслуживающего персонала, а при наличии источников огня —взрыв. Перед растопкой и после прекращения работы котла необходима тщательная вентиляция газопроводов, топочной камеры и газоходов. Для предотвращения возможности взрыва газа котлоагрегаты оборудуют взрывными клапанами, устанавливаемыми в верхних точках газоходов котла и на боровах длиной более 20 м.
Газ поступает в котельные из городских газопроводов с давлением, зависящим от давления в сети, которое может быть низким - (до 5 кПа), средним (5-300 кПа) и высоким (более 300кПа). Газ от сети подается по газопроводу из стальных труб, соединяемых сваркой.
Схемы подсоединения котельной к газовой сети зависят от давления в ней газов, а также от мощности котельной. На территории котельной газопровод размещается в земле, а внутри котельной открыто.
На рис.13. приведена простейшая схема газового ввода с расположением необходимой арматуры — фильтра 4, предохранительного клапана 3, регулятора давления 2 и расходомеров 1.
Газовый ввод, особенно при присоединении к газовой сети низкого давления, можно размещать непосредственно в котельной или в смежном помещении. Расположение ввода должно обеспечивать легкодоступный подход к нему при эксплуатации котельной. Не рекомендуется размещать газовый ввод перед фронтом топок, в стесненных местах котельной. Наиболее желательно, а в крупных котельных обязательно размещать газовый ввод в отдельном помещении.
II-5.3. Питательные устройства котлов
Питательные устройства предназначены для бесперебойного обеспечения котла водой. Прекращение питания котла даже ни непродолжительное время может вызвать снижение уровня воды в нем и перегрев поверхности нагрева, что приведет к аварии котла.
К питательным устройствам относятся питательные баки и насосы, предназначенные для подач, и воды в паровой котел.
В паровых котельных низкого давления (
70 кПа) в питательный бак собирается конденсат от потребителей и добавляется вода, восполняющая его потери. Таким образом, питательный бак является и конденсатным. Обычно устанавливают два бака или один бак, перегороженный пополам. Общая вместимость конденсационно-питательных баков рассчитывается на 1-2-часовой запас воды для работы котельной. Для питания котлов в таких котельных устанавливают центробежные или ручные насосы. Чаще применяют два центробежных насоса, один из которых является резервным. Производительность каждого насоса должна быть равна 110% паропроизводительности всей котельной. При паропроизводительности котлов менее 0,5 т/ч устанавливают центробежный насос и ручной (в качестве резервного).
Схема трубопроводов и питательных устройств паровой котельной низкого давления показана на рис.18.
В котельных с котлами давлением >70 кПа конденсат собирается в специальных конденсационных баках, откуда насосами перекачивается в питательные баки, расположенные, как правило, на некоторой высоте (3-5 м) от пола. В эти баки подается также химически очищенная вода, восполняющая потери конденсата. Вода из питательных баков (вместимостью, равной 0,5-1-часовому запасу) насосами подается в котлы.
Рис.14. Схема трубопроводов и питательных устройств паровой котельной низкого давления
1 – питательный (конденсационный) бак; 2-перегородка; 3-деревянные (плавающие) крышки; 4-центробежные насосы; 5 – ручной насос; 6- спускная труба; 7-переливная труба
В производственно-отопительных котельных часто питательный бак совмещается с деаэратором. Котельные производительностью до 75 т/ч оборудуются одним деаэратором, а при большей производительности — не менее двух.
Для подачи воды в котлы устанавливают не менее двух питательных насосов с независимым приводом (один насос должен иметь паровой привод). Количество питательных насосов выбирается с таким расчетом, чтобы в случае остановки самого мощного насоса суммарная подача оставшихся насосов была не менее 110% производительности всех работающих котлов. Общая подача насосов с электроприводом должна быть не менее 110%, а с паровым приводом — не менее 50% номинальной паропроизводительности действующих котлов.
Схемы присоединения питательных устройств к паровым и водогрейным котлам показаны на рис. 15 и 16.
В водогрейных котельных для перемещения воды в котле и системе применяются только центробежные насосы, причем устанавливают два насоса с электроприводом (один рабочий, второй резервный). Насосы желательно размещать на одном уровне с котлами, а при необходимости можно исходить из местных условий.
Рис.15. Схема присоединения питательных устройств к паровой котельной повышенного давления
1- теплообменник; 2 - бак-деаэратор; 3 - центробежный насос; 5 -спускная труба; 6 - переливная труба; 7- воздушники.
Рис.20. Схема размещения насосов и их обвязка в водогрейной котельной установке
1- сетевые насосы; 2 - котлы; 3 - подмешивающие насосы; 4 -подпиточные насосы
Подбор насосов как центробежных, так и с паровым приводом производится по специальным каталогам по производительности и напору.
Центробежные насосы выполняются одно- и многоступенчатыми в зависимости от производительности и давления. Насос и электродвигатель, соединяемые через муфту, располагают на общей раме, заливаемой бетоном. Центробежные насосы могут иметь и паротурбинный привод. Чаще такие насосы применяют для питания котлов большой производительности. Поршневые насосы в большинстве случаев используют как резервные для питания паровых котлов.
Центробежные насосы типов ЦВ, МС и МСГ, а также вертикальные поршневые паровые насосы типа ПНП применяются для питания котлов, а насосы типа К — в качестве подпиточных и циркуляционных в системе теплоснабжения. Подпиточные насосы предназначены для подачи воды с целью восполнения утечек в системах теплоснабжения. Обычно устанавливают не менее двух насосов (один резервный).
Подача и распределение воды, пара, мазута и газа в котельных осуществляются по трубопроводам. В зависимости от назначения трубопроводы разделяются на водопроводы (для подачи и распределения воды), паропроводы (для отвода и распределения пара), мазуто- и газопроводы (для подачи мазута и газа в котельных, работающих на жидком и газообразном топливе).
Каждый трубопровод состоит из системы труб и необходимой арматуры (задвижки, вентили и т. п.), которая обеспечивает нормальную и безопасную его работу. Трубопроводы, применяемые в котельных, изготовляют из стальных труб, соединяя их с помощью фланцев или сваркой. Трубопроводы монтируют на опорах, прикрепляемых к каркасам и стенам зданий, или на подвесках, прикрепляемых к фермам.
При прохождении теплоносителей (пара, горячей воды) трубопроводы от нагревания удлиняются. Для обеспечения возможности свободного удлинения не все крепления их на опорах устраиваются жесткими, на прямых участках трубопроводов устанавливают специальные компенсаторы, которые представляют собой гнутые трубы разнообразной формы. Наибольшее распространение получили П-образные компенсаторы. В коротких трубопроводах с наличием изгибов при поворотах удлинения компенсируются за счет этих изгибов, поэтому специальные компенсаторы не требуются.
Наиболее ответственными из трубопроводов являются паропроводы, отводящие от котла пар, и питательные трубопроводы, по которым вода подается в котел. Скорость движения насыщенного пара в паропроводе в среднем принимается равной 30 м/с, а перегретого пара — 50—80 м/с. Питательный трубопровод, как правило, дублируется, чтобы в случае неисправности одной из питательных линий можно было немедленно перейти на питание котла от другой линии. Скорость движения воды в основной питательной линии составляет примерно 1 - 1,5 м/с, а в ответвлениях – 0,5-1 м/с.
II-6. Расчёт Технико-экономических показателей и тепловой нагрузки котельной установки
Оценка работы котельной производится по ее технико-экономическим показателям, определяемым по данным технической отчетности. Эти показатели включают основные технологические, экономические и режимные данные.
К технологическим показателям относятся выработка котельной тепла или пара и отпуск их потребителям, расход топлива и электроэнергии на собственные нужды, а также расход добавочной воды.
Экономичность работы котельной оценивается коэффициентом полезного действия, удельным расходом условного топлива на выработку 1 т пара или 1 ГДж тепла.
Коэффициент полезного действия котельной (брутто) , %, равен:
(1)
где - годовая выработка тепла, котельной, ГДж;
- годовой расход топлива, кг;
- теплота сгорания топлива, ГДж/кг.
Удельный расход условного топлива , кг на 1 т выработанного пара, составит
(2)
где - годовая выработка пара в котельной, т.
В водогрейных котельных удельный расход условного топлива обычно подсчитывается на 1 ГДж. При этом в формуле (2) вместо количества пара подставляется количество выработанного тепла за год.
Степень использования установленной мощности котельной оценивается коэффициентом использования установленной мощности
, который представляет собой отношение количества фактически выработанного тепла (пара) котельной за год к тому количеству, которое может быть выработано всеми котлами при работе их с номинальной производительностью, т. е.:
(3)
где 8760 — число часов в году.
Теоретически может быть равен единице при условии работы всех котлов с полной нагрузкой в течение года, но обычно
меньше единицы. Во многих случаях вместо коэффициента использования установленной мощности используют величину, пропорциональную ему - число часов использования установленной мощности
, ч
(4)
Одним из важных показателей, отражающих работу котельной, является себестоимость единицы вырабатываемого пара или тепла. Затраты на выработку пара (тепла) в котельной включают расходы на топливо, воду, электроэнергию, текущий и капитальный ремонты, заработную плату обслуживающему персоналу котельной и др.
Себестоимость 1 т вырабатываемого пара , руб., определяется по выражению
(5)
где суммарные годовые эксплуатационные затраты, руб/год;
годовой расход пара, т/год.
При определении себестоимости 1 ГДж тепла формула (5) принимает вид:
(6)
где - годовой расход (отпуск) тепла, ГДж/год.
Годовые эксплуатационные затраты для обоих случаев составят:
(7)
где - годовые затраты соответственно на топливо, используемую воду, электроэнергию, заработную плату, текущий и капитальный ремонты, руб/год;
годовые отчисления на восстановление капитальных вложений в котельную, руб/год.
Себестоимость вырабатываемой котельной единицы тепла существенно снижается с повышением КПД котельных агрегатов и вспомогательного оборудования, а также при применении комплексной механизации и автоматизации производственных процессов в котельной.
Для примера рассчитаем упрощенно паровую производственно-отопительную котельную, оборудованную котлами ВГД. Для сжигания топлива используются ручные топки с простыми колосниковыми решетками. Питание котлов водой осуществляется за счет возврата конденсата и добавочной химически обработанной воды, поступающей из водопровода с температурой t=5°C Добавочная вода проходит докотловую водоподготовку по схеме Na-катионирования. Конденсат в котельную возвращается самотеком и собирается в конденсационный бак, являющийся одновременно питательным баком. Количество возвращаемого конденсата составляет 80% при температуре =90°C.
Тепловая нагрузка котельной складывается из нагрузок на системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологические нужды и составляет в зимнее время =1310 кВт, в летнее время
=930 кВт.
Вырабатываемый пар - сухой насыщенный с давлением р=0,8 МПа и энтальпией =2770 кДж/кг. Энтальпия питательной воды, представляющей собой смесь конденсата и добавочной воды, равна:
,кДж/кг (8)
Полный расход вырабатываемого пара в зимний и летний периоды составит:
;
(9)
Зная расходы тепла и принимая для таких котлов при работе на буром угле удельный теплосъем = 16,3 кВт/м2, определяем площадь поверхности котлов для обоих периодов:
;
(10)
Для определения количества устанавливаемых котлов ВГД, имеющих площадь поверхности нагрева 28 м2, суммарную максимальную площадь поверхности нагрева делят на площадь поверхности одного котла. Следовательно, нужно установить три котла (n=3); причем в зимний период в котельной будут работать три котла, а в летний - два; третий котел будет резервным на случай ремонта одного из котлов.