Теплогенерирующие установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра вентиляции, тепло газо - и водоснабжения

Контрольная работа

по дисциплине

«Теплогенерирующие установки»

Содержание

Введение

1. Конструктивные особенности теплогенерирующих установок

1.1 Конструктивные особенности котельных

2. Топочные и горелочные устройства

2.1 Топочные устройства

2.2 Горелочные устройства

2.3 Газовые запальные устройства

2.4 Газомазутные горелки

2.5 Тягодутьевые устройства

3. Безопасность работы котельных установок

3.1 Арматура и гарнитура

3.2 Контрольно-измерительные приборы

3.3 Водоуказательные приборы

3.4 Приборы для измерения расхода

3.5 Газоанализаторы

3.6 Системы автоматики регулирования

3.7 Приборы безопасности

Перечень источников литературы

Введение

Тепловая энергия - необходимое условие жизнедеятельности человека и создания благоприятных условий его быта. Повышение надежности и экономичности систем теплоснабжения зависит от работы теплогенерирующих установок, рационально спроектированной тепловой схемы котельной, широкого внедрения энергосберегающих технологий и альтернативных источников энергии, экономии топлива, тепловой и электрической энергии. Энергосбережение и оптимизация систем производства и распределения тепловой энергии, корректировка энергетических и водных балансов позволяют улучшить перспективы развития теплоэнергетики и повысить технико-экономические показатели оборудования теплогенерирующих установок.

Альтернативы энергосбережению в настоящее время, безусловно, нет.

Поэтому покрытие дефицита энергии следует осуществлять за счет таких ее источников, которые обладали бы уникальными свойствами: были возобновляемыми, экологически чистыми и не приводили бы к поступлению на планету дополнительного количества теплоты. Такими источниками являются солнечная энергия, энергия ветра и биомассы, энергия морских волн и приливов, геотермальная энергия и ряд других нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

В экономике Украины энергосбережение и энергосберегающие технологии должны быть приоритетными при внедрении их в производство. Знания принципов работы, расчета и эксплуатации оборудования теплогенерирующих установок позволяют определить - где, что, в каких количествах, куда и почему теряется. Эффективность, безопасность, надежность и экономичность работы оборудования котельных во многом определяются методом сжигания топлива, совершенством и правильностью выбора оборудования и приборов, своевременностью и качеством проведения пусконаладочных работ, квалификацией и степенью подготовки обслуживающего персонала.

1. Конструктивные особенности теплогенерирующих установок

Теплогенерирующей установкой (ТГУ) называют комплекс устройств и механизмов, предназначенных для производства тепловой энергии в виде водяного пара или горячей воды. Водяной пар используют для получения электроэнергии на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) или теплоэлектростанциях (ТЭС), технологических нужд промышленных предприятий и сельского хозяйства, а также для нагрева в паровых подогревателях воды, направляемой в системы теплоснабжения. Горячую воду используют для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий и сооружений, а также для коммунально-бытовых нужд населения. Для отопления и вентиляции также используют и нагретый воздух.

В теплогенерирующей установке создают термодинамические условия с максимально возможной полнотой (коэффициентом полезного действия), при которых происходит преобразование различных видов энергии (химической, излучения, электрической) в тепловую энергию. Тепловую энергию требуемых параметров получают путем преобразования химической энергии органического топлива, энергии, выделяемой при расщеплении ядерного топлива, электрической энергии, энергии солнечного излучения, геотермальной и тепловой энергии низкого потенциала. В теплогенерирующих установках образуется рабочее тело или носитель тепловой энергии, с помощью которого тепловая энергия транспортируется к потребителю и реализуется в виде теплоты заданного потенциала. Как правило, рабочим теплом для переноса тепловой энергии - теплоносителем - служат жидкости или газы.

Системой теплоснабжения называют комплекс устройств, производящих тепловую энергию и доставляющих ее в виде водяного пара, горячей воды и нагретого воздуха потребителю.

Основные тенденции развития теплогенерирующих установок включают применение централизованного теплоснабжения и автоматизированных систем управления (АСУ), использование альтернативных источников энергии (водородной, солнечной, геотермальной, ветровой, приливов и отливов), местных и вторичных энергоресурсов, отходов промышленности, сельского и городского хозяйства, обеспечение минимальных выбросов вредных веществ в атмосферу. В связи с разнообразием различных видов энергии, теплоносителей и условий работы применяют следующие теплогенерирующие установки и соответствующие методы производства тепловой энергии.

1. Котельные агрегаты - устройства, имеющие топку для сжигания органического топлива в окислительной среде, где в результате экзотермических химических реакций горения образуются газообразные продукты с высокой температурой (топочные газы), теплота от которых передается другому теплоносителю (воде или водяному пару), более удобному для дальнейшего использования.

2. Атомные реакторы - устройства, в которых проходит цепная ядерная реакция деления тяжелых ядер трансурановых элементов под действием нейтронов. В результате ядерная энергия преобразуется в тепловую энергию теплоносителя (воды, в перспективе гелия), вводимого в активную зону атомного реактора, теплота от которого затем в атомном парогенераторе передается воде или пару.

3. Электродные котлы - устройства, в которых проходит преобразование электрической энергии в тепловую энергию путем разогрева нагревателя с высоким электрическим сопротивлением и последующей передачей теплоты от этого нагревателя рабочему телу.

4. Гелиоустановки - устройства, в которых солнечная (световая) энергия преобразуется в тепловую энергию инфракрасного излучения. В гелиоприемнике или солнечном коллекторе энергия Солнца трансформируется в тепловую энергию с последующей передачей теплоты рабочему телу - воде или воздуху.

5. Геотермальные установки - устройства, в которых проходит передача теплоты от геотермальных вод к рабочему телу, нагреваемому за счет тепловой энергии этих вод до заданных параметров.

6. Котлы-утилизаторы - устройства, в которых используется теплота газов, покидающих различное высокотемпературное технологическое оборудование (нагревательные, обжиговые и другие печи). Теплота от высокотемпературных газов передается другому теплоносителю (воде или пару), более удобному для дальнейшего использования.

7. Для систем теплоснабжения также используют производство тепловой энергии из биомассы, сельскохозяйственных и городских отходов, а также устройства, в которых энергия с низким энергетическим потенциалом преобразуется в высокопотенциальную тепловую энергию другого теплоносителя с затратами других видов энергии, подводимых извне (например, электроэнергии в тепловых насосах).

Эффективность ТГУ определяется совершенством технологической схемы преобразования энергии, стоимостью исходного источника энергии, а также параметрами, которые должен иметь теплоноситель.

1. Конструктивные особенности теплогенерирующих установок

Паровым или водогрейным котельным агрегатом (теплогенератором) - называют устройство, имеющее топку для сжигания органического топлива и обогреваемое продуктами сгорания этого топлива, предназначенное для получения пара или горячей воды с давлением выше атмосферного, которые используют вне самого устройства.

При сжигании органического топлива горючие химические элементы (метан, углерод, водород, сера), входящие в состав топлива, соединяются с кислородом воздуха, выделяют теплоту и образуют продукты сгорания (двуокись углерода, водяные пары, сернистый газ).

В котельный агрегат необходимо:

- подать некоторое количество топлива и окислителя (воздуха); обеспечить полное сгорание топлива и передачу теплоты от топочных газов рабочему телу; удалить продукты сгорания топлива;

- подать рабочее тело - воду, сжатую до необходимого давления, нагреть эту воду до требуемой температуры или превратить ее в пар требуемого давления, отделить влагу из пара, а иногда и перегреть пар, обеспечив надежную работу всех элементов установки.

Производительность теплогенератора определяется количеством теплоты или пара, получаемого в процессе сжигания топлива.

От высокотемпературных продуктов сгорания органического топлива тепловая энергия передается трубам суммарным потоком теплоты: конвекцией и лучеиспусканием. Затем от внешней поверхности кипятильных труб к внутренней через слой сажи, металлическую стенку и слой накипи теплота передается путем теплопроводности, а от внутренней поверхности труб к воде благодаря теплопроводности и конвекции.

Котельная установка включает в себя теплогенератор - паровой или водогрейный котельный агрегат (котел), хвостовые поверхности нагрева, горелки, а также различные дополнительные устройства. Радиационные поверхности нагрева теплогенератора размещены в топочной камере и воспринимают теплоту от продуктов сгорания топлива в основном за счет лучеиспускания, одновременно защищая стены топки (обмуровку) от прямого воздействия излучающей среды топочных газов. Конвективные поверхности нагрева (кипятильные трубы) установлены за топкой, в газоходах котла и воспринимают теплоту от продуктов сгорания топлива в основном за счет конвекции. К конвективным или хвостовым поверхностям нагрева также относятся пароперегреватели, водяные экономайзеры, контактные теплообменники, воздухоподогреватели, которые предназначены для снижения потерь теплоты с уходящими топочными газами, увеличения КПД котельного агрегата или установки и в конечном итоге для снижения расхода топлива.

На рис. 1 приведена принципиальная схема котельной установки, работающей на природном газе или мазуте.

Рис. 1.1. Принципиальная схема котельной установки

1 - водопровод; 2 - катионитовый фильтр; 3 - теплообменник; 4 - колонка деаэратора; 5 - бак деаэратор; 6 - питательный насос; 7 - водяной экономайзер; 8 - питательная линия; 9 - верхний барабан; 10 - нижний барабан котла; 11 - кипятильные трубы; 12 - паропровод; 13 - пароперегреватель; 14 - паропровод перегретого пара; 15 - воздуховод; 16 - дутьевой вентилятор; 17 - воздухоподогреватель; 18 - воздуховод нагретого воздуха; 19 - горелочное устройство; 20 - топливопровод; 21 - боров; 22 - дымосос; 23 - дымовая труба.

Вода после водоподготовки (умягчения и деаэрации) питательным насосом нагнетается вначале в водяной экономайзер, а затем в верхний барабан парового котельного агрегата, где вырабатывается сухой насыщенный пар. Для производства перегретого пара дополнительно устанавливается пароперегреватель. Воздух, необходимый для горения топлива, дутьевым вентилятором нагнетается в топку котла либо предварительно нагревается в воздухоподогревателе. Котельная или теплогенерирующая установка также включает в себя: горелочные устройства для подачи и подготовки топлива к сжиганию; дымосос для удаления продуктов сгорания; дымовую трубу; арматуру и гарнитуру различного назначения. Все эти установки размещаются в специальном промышленном здании, называемом котельной.

На рис. 2 и 3 приведен план и продольный разрез котельной с двумя котлами ДКВР-4-13, работающей на природном газе или мазуте.

Рис. 2. План котельной с двумя котлами ДКВР-4-13



Рис. 3. Продольный разрез котельной с двумя котлами ДКВР-4-13

Котельной называется комплекс устройств и механизмов для превращения химической энергии органического топлива в тепловую энергию.

Котельная включает в себя несколько котельных установок, дымовую трубу для отвода дымовых газов в атмосферу, теплообменники, деаэратор, баки, насосы (питательные, сетевые, подпиточные и другие), разные вспомогательные устройства и машины, предназначенные для обеспечения длительной и надежной работы котельных агрегатов, в том числе и приборов, позволяющих контролировать ход процессов в котельном агрегате. В котельной также имеются помещения для различных вспомогательных служб и мастерских. Для удаления очаговых остатков топлива и золы из дымовых газов при сжигании твердого топлива в котельных имеются системы шлако- и золоудаления.

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

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

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

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

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

2. Топочные и горелочные устройства

2.1 Топочные устройства

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

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

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

Рис. 4. Принципиальная схема камерной топки

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

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

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

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

- массивная - имеет свой фундамент;

- накаркасная (облегченная) - фундамента не имеет, крепится на металлический каркас;

- натрубная - крепится к экранным поверхностям.

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

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

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

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

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

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

2.2 Горелочные устройства

теплогенерирующий котельная топка горелка

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

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

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

2. При сжигании мазута применяют форсунки и мазутные горелки: механические, ротационные и паровоздушные (паромеханические).

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

Рис. 5 Принципиальная схема горелки для сжигания пылевидного твердого топлива

1 - канал подачи ПВС; 2 - кольцевой канал; 3 - канал вторичного воздуха.

Рис. 6 Принципиальная схема механической форсунки

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

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

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

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

Достоинства: не требуются мощные нефтяные насосы и тонкая очистка мазута от примесей; широкий диапазон регулирования (15…100 %). Недостатки: сложная конструкция и повышенный уровень шума.

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

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

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

Существуют три основных метода сжигания газа.

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

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

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

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

По способу подачи воздуха для горения различают следующие конструкции горелок.

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

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

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



Рис. 7. Схема инжекционной горелки

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

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

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

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

5. Горелки с принудительной подачей воздуха и предварительной подготовкой газовоздушной смеси, или газомазутные горелки. Они имеют наибольшее распространение и обеспечивают заранее заданное количество смеси до выхода в топку. Газ подается через ряд щелей или отверстий, оси которых направлены под углом к потоку воздуха. Для интенсификации процесса смесеобразования и горения топлива воздух к месту смешения с газом подают закрученным потоком, для чего используют: лопаточные аппараты с постоянным или регулируемым углом установки лопаток, улиточную форму корпуса горелки, тангенциальную подачу или тангенциальные лопаточные закручиватели.

2.3 Газовые запальные устройства

Газовые запальные устройства предназначены для розжига основних горелок и контроля наличия пламени. Их можно разделить:

* по принципу установки - переносные и стационарные;

* по методу зажигания - ручные (от горящей спички, жгута, бумаги) и электрические (от искры, раскаленной спирали);

* по способу подачи воздуха - диффузионные, инжекционные, с принудительной подачей воздуха, с активной воздушной средой;

* по функциональному назначению - без контроля факела и с контролем;

* по условиям работы - для топок с разрежением и топок с наддувом (избыточным давлением в топке).

1. Переносные газовые запальники соединяются с газопроводом резинотканевыми шлангами. Штуцер на газопроводе и запальник должны иметь накатку (для натягивания конца шланга), а на газопроводе до шланга обязательна установка отключающего крана. Для введения запальника в топку в кладке обмуровки должно быть отверстие диаметром d ? 50 мм.

Для топок, работающих с разрежением до 8 кгс/м² (мм вод. ст.), применяется однофакельный запальник среднего или низкого давления. Он представляет собой горелку с частичной инжекцией воздуха. Газ выходит из сопла, подсасывая воздух через отверстия в корпусе инжектора, образующаяся газовоздушная смесь проходит смеситель и выходит из огневого насадка в защитный кожух с отбортовкой, где начинается горение газа. При изменении давления и состава газа в запальнике необходимо изменить только диаметр сопла. При наличии в топке избыточного давления запальник должен выдавать полностью подготовленную газовоздушную смесь, что обеспечивается при среднем давлении газа в инжекционном запальнике, а при низком - в запальнике с принудительной подачей воздуха.

2. Стационарный запальник повышает безопасность и облегчает розжиг основной горелки. Факел должен быть устойчивым на всех режимах работы агрегата, надежно поджигать газовоздушную смесь основной горелки, легко зажигаться переносным запальником или электрическим устройством.

Стационарный запальник может быть:

· отдельным блоком газовой горелки или ее частью; однофакельным или многофакельным; включаться от основной горелки (в период розжига) или работать постоянно;

· зажигаться электрически или дистанционно. Газ к стационарному запальнику подают от газопровода до запорных устройств основной горелки.

Применяют запальники:

а) с ручным зажиганием, без контроля пламени - в виде трубок с просверленными в них отверстиями вдоль оси (трубки «бегущего огня»);

б) с электрическим зажиганием, без контроля пламени - основной поток газовоздушной смеси (90 %) поступает из смесителя к устью запальника, а остальная часть смеси поступает из смесителя в камеру зажигания, где воспламеняется от искры свечи напряжением 10 кВ;

в) с электрическим зажиганием и контролем пламени - запальнозащитные устройства (ЗЗУ), предназначенные для автоматического или дистанционного розжига газовых и мазутных горелок, в комплект которых входит управляющий прибор с датчиком, осуществляющий контроль, за наличием в топке факела.

Также применяются электрозапальник ЭЗ или запально-контрольная горелка типа ЗК-Н.

2.4 Газомазутные горелки

В настоящее время на водотрубных котлах (ДЕ, ДКВР) и водогрейных агрегатах (КВ-ГМ) устанавливаются газомазутные горелки различных конструкций, удовлетворяющие требованиям экономичной и безопасной эксплуатации. Главным при этом является обеспечение примерно равного качества сжигания и длины факела на обоих видах топлива (природном газе и мазуте).

Газомазутные горелки представляют собой комплекс из газовой горелки и мазутной форсунки и в зависимости от конструкции предназначены для раздельного или совместного сжигания газового и жидкого топлива.

Для установки горелки во фронтовой стенке (обмуровке) котла выполняют амбразуру.

В теплогенераторах ДКВР наибольшее распространение получили короткофакельные газомазутные горелки ГМГ и их модернизированный вариант ГМГм.

Горелка ГМГм отличается от ГМГ устройством газового насадка, имеющего два ряда газовыпускных отверстий, направленных под углом 90° друг к другу, которые закручивают поток первичного и вторичного воздуха, что обеспечивает снижение коэффициента избытка воздуха до 1,05, повышение КПД котла на 1 %, а также улучшает его эксплуатационные показатели.

Площадь сечения трубопровода вторичного воздуха должна быть в 1,5…2 раза больше площади сечения патрубка первичного воздуха горелки.

При установке на котле несколько горелок их производительность регулируют изменением тепловой мощности всех горелок одновременно, так как включение или отключение части горелок приводит к их перегреву и выходу из строя оставшихся в работе. Регулирование тепловой мощности производится изменением расхода топлива и количеством соответственно вторичного воздуха (шибер первичного воздуха открыт полностью).

Газомазутная горелка ГМГм состоит из газовоздушной части, паро-механической форсунки, лопаточных завихрителей первичного и вторичного воздуха, монтажной плиты со стаканом для установки запально-защитного устройства и заглушки для закрывания форсуночного канала при снятии форсунки. Закрутка воздуха в горелке обоими регистрами производится в одну сторону (правого или левого вращения в зависимости от компоновки завихрителя). В качестве стабилизатора пламени используется конический керамический туннель.

Зажигание горелки производят при закрытых воздушных шиберах: плавно открывают запорное устройство на газопроводе, после воспламенения газа - шибер первичного воздуха, а затем с помощью шибера вторичного воздуха и регулирующего устройства на газопроводе устанавливают заданный режим. Во избежание отрыва факела при пуске тепловая мощность горелки не должна превышать 25…50 % от номинальной мощности, а давление газа должно быть больше давления вторичного воздуха. При работе горелки на газе мазутную форсунку удаляют из топки, а торцевое отверстие канала закрывают заглушкой.

Устройство мазутной форсунки ГМГм. Мазут под давлением 1,25…2 МПа по внутренней трубе форсунки подводится к распыливающей головке, где последовательно установлены: шайба распределительная с отверстиями (от одного до двенадцати), а также завихрители - топливный и паровой, имеющие по три тангенциальных канала. Шайба и завихрители крепятся с помощью накидной гайки. Мазут проходит через отверстия распределительной шайбы, далее по тангенциальным каналам попадает в камеру завихрения и, выходя через сопловое отверстие, распыляется за счет центробежных сил. При снижении тепловой мощности до 70 % от номинальной по наружной трубе форсунки подается пар, который через каналы накидной гайки проходит к каналам парового завихрителя и, выходя закрученным потоком, участвует в процессе распыливания мазута.

При переходе с газового топлива на жидкое (мазут) в форсунку предварительно подают пар, затем мазут под давлением 0,2…0,5 МПа. После его воспламенения отключают газ и регулируют режим. Для перехода с жидкого топлива на газовое снижают давление мазута до 0,2…0,5 МПа и постепенно подают газ. После воспламенения газа прекращают подачу мазута и устанавливают заданный режим.

Перед розжигом горелки на мазуте следует проверить положение мазутной форсунки и продуть ее паром. Первоначально розжиг рекомендуется производить на газе или легком топливе (дизельное топливо, керосин).

При их отсутствии растопку производят дровами с последующим переходом на мазут. При работе горелок на мазуте в пределах 70…100 % от номинальной тепловой мощности, достаточно механического распыления мазута, а на более низких нагрузках (менее 70 %) для распыления применяют пар под давлением 0,15…0,2 МПа. Расход пара около 0,3 кг на 1 кг мазута. Для распыления не рекомендуется использовать пар с высокой влажностью (увеличение влажности снижает качество распыления) и пар с температурой более 200°С (возрастает опасность коксования распылителей).

Горелку ГМГм выключают плавным, пропорциональным уменьшением подачи топлива и вторичного воздуха. После полного прекращения подачи топлива воздух должен поступать в горелку для охлаждения 10…12 минут. После этого полностью закрывают шибер вторичного, а затем первичного воздуха и вынимают форсунку из горелки для того, чтобы в топке не образовалась газовоздушная, огнеопасная смесь.

Уменьшение угла раскрытия туннеля, неправильная установка или засорение форсунки при сжигании мазута способствуют образованию кокса в туннеле, вибрации и росту сопротивления горелки по воздуху.

В котлах ДЕ устанавливают горелки ГМ или ГМП, конструкции которых одинаковы. На фронтовой стене каждого котла расположена одна горелка, которая крепится с помощью специального фланца. Отверстие, образующееся при снятии фланца с завихрителем, используется в качестве лаза.

Угол раскрытия амбразур для горелок ГМ - 50°, общая длина амбразуры - 250 мм, цилиндрической части - 115 мм. Горелка состоит из форсуночного узла, периферийной газовой части и однозонного (для всех горелок ГМ) воздухонаправляющего устройства.

В форсуночный узел входит паро-механическая (основная) форсунка, расположенная по оси горелки и устройство, смещенное относительно оси, предусматривающее установку сменной форсунки, которая включается на непродолжительное время, необходимое для замены основной форсунки.

Газовая часть горелки состоит из газового кольцевого коллектора прямоугольной формы (в сечении) с газовыпускными отверстиями и подводящей трубы. К торцу коллектора приварен кольцевой обод полукруглой формы. Внутри коллектора имеется разделительная обечайка, которая способствует более равномерному распределению газа по коллектору. Воздухонаправляющее устройство представляет собой лопаточный завихритель осевого типа с неподвижными профильными лопатками, установленными под углом 45°. Воздух, поступающий по воздуховоду, ограниченному фронтом котла и металлической стенкой, делится на два потока: первичный направляется в воздушный короб горелки, закручивается в завихрителе и, смешиваясь с газом, участвует в процессе сжигания в первой половине футерованной камеры сгорания котла; вторичный воздух поступает в камеру сгорания через щель, обеспечивая полное сгорание газа.

Мазутные форсунки могут быть паро-механические или акустические.

Паро-механические форсунки конструктивно идентичны форсункам горелок ГМГм. Акустические форсунки отличаются от паро- механических форсунок отсутствием парового завихрителя, который заменяется специальной втулкой.

Паро-механическая форсунка состоит из распыливающей головки, ствола и корпуса. Распыливающая головка является основным узлом форсунки и состоит из парового и топливного завихрителей, распределительной шайбы, прокладки, втулки и накидной гайки. Мазут проходит по внутренней трубе ствола и попадает в топливную ступень форсунки. Пар проходит по наружной трубе ствола и попадает в паровую ступень форсунки.

Все горелки ГМ оборудованы запально-защитным устройством с ионизационным датчиком ЗЗУ-4.

В водогрейных котлах КВ-ГМ-10 (-20, -30) устанавливают ротационные газомазутные горелки РГМГ. В теплогенераторах КВ-ГМ-10 (-20, -30) коллекторы фронтового экрана образуют квадрат, в котором размещена амбразура горелки, выполненная из пластичной хромитовой массы, нанесенной по шипам. В амбразуру устанавливают ротационные газомазутные горелки РГМГ-10 (-20, -30). Горелки состоят из ротационной мазутной форсунки, газовой части, завихрителя вторичного воздуха, короба первичного воздуха, кольца рамы, переднего кольца и запально-защитного устройства (ЗЗУ). Из комплекта ЗЗУ на трубе горелки устанавливают газовый запальник и фотодатчик. Труба закреплена на крышке.

Газовая часть состоит из газораздающей кольцевой камеры и двухгазоподводящих труб, соединенных с приемным патрубком. Газораздающая камера расположена у устья горелки и имеет один ряд газовыпускных отверстий. Опорная труба поддерживает газораздающую камеру снизу, а рамки служат для центровки завихрителя вторичного воздуха.

Воздухонаправляющее устройство вторичного воздуха состоит из воздушного короба, завихрителя, переднего кольца, образующего устье горелки и амбразуры. Завихритель вторичного воздуха (осевого типа с гнутыми лопатками, установленными под углом 40° к оси горелки) можно перемещать вручную вдоль оси горелки по направляющим рамы с помощью подшипников, тяг и рукояток. Задняя часть наружного обода завихрителя служит воздушным шибером.

Ротационная мазутная форсунка представляет собой полый вал ротор, на котором закреплены гайки питателя и распыливающий стакан.

Распыливающий стакан - это полый цилиндр, полость которого полирована, хромирована и образована двумя усеченными конусами. В торце стакана просверлены отверстия для прохода части первичного воздуха в воздушные каналы гайки - питателя, что уменьшает возможность коксования внутренних поверхностей стакана и самой гайки. Крутящий момент от электродвигателя к валу-ротору форсунки передается клиноременной передачей. Топливо в форсунку подается по консольной топливной трубке, размещенной в центральном отверстии вала-ротора, и далее, под действием центробежных сил, через четыре радиальных канала вытекает на внутреннюю стенку распыливающего стакана, образуя пленку, которая движется в осевом направлении (в топку). Пленка топлива стекает с выходной кромки стакана, становится тонкой и затем распадается на капли. Для получения необходимого угла раскрытия конуса к выходной кромке стакана подается первичный воздух, который способствует более тонкому распыливанию топлива.

В передней части форсунки к кожуху на резьбе крепится завихритель первичного воздуха, лопатки которого наклонены к оси форсунки на 30°, а корпус имеет окна для подвода воздуха к завихрителю. Первичный воздух к форсунке подается от вентилятора высокого давления, а для регулирования его количества внутри патрубка первичного воздуха установлен шибер. При сжигании мазута недопустимо нагарообразование на внутренней стенке стакана. После отключения форсунки ее выводят из воздушного короба и очищают внутреннюю поверхность стакана деревянным или алюминиевым ножом и промывают соляркой. Повышенный шум и вибрация свидетельствуют об износе подшипников, несимметричности факела, смещения ротора форсунки.

2.5 Тягодутьевые устройства

Подача воздуха в топку для горения топлива (дутье) и удаление топочных дымовых газов (тяга) могут быть естественными - с помощью дымовой трубы и искусственными - с применением дутьевого вентилятора и дымососа. Дымовые газы, пройдя газоходы теплогенератора, направляются в боров, дымосос и дымовую трубу.

Дымовые трубы предназначены для удаления топочных дымовых газов и рассеивания вредных соединений (содержащихся в продуктах сгорания) в атмосферном воздухе, с целью снижения их концентрации в атмосфере на уровне дыхания до необходимых параметров.

Продукты сгорания содержат токсичные вещества, оказывающие вредное воздействие на биосферу (оксиды углерода, серы и азота и др.).

Содержание вредных веществ в воздухе определяется их концентрацией количеством вещества (мг) находящегося в 1 м³ воздуха (мг/м³). Максимальная концентрация вредных веществ, не оказывающих вредного влияния на здоровье человека, называется предельно допустимой концентрацией (ПДК). Высота дымовой трубы проектируется таким образом, чтобы предупредить недопустимое загрязнение воздушного бассейна в районе котельной.

Дымовая труба, сама по себе и всегда, создает естественную тягу, а движение топочных газов, при этом, происходит за счет гравитационных сил обусловленных разностью плотностей холодного наружного атмосферного воздуха и горячих газообразных продуктов сгорания, заполняющих газоходы, дымовую трубу, считая от уровня горелки до устья трубы. Чем ниже температура наружного воздуха и выше его атмосферное давление, выше температура продуктов сгорания топлива, выше дымовая труба - тем естественная тяга больше. В ясную морозную погоду тяга лучше, а в туманную, ветреную, влажную - хуже.

При работе котельных агрегатов с давлением в топочной камере выше давления атмосферного воздуха или при небольшой производительности котельной, когда оказывается достаточной тяга, развиваемая дымовой трубой, дымососы не устанавливаются. В котельных малой производительности иногда для обеспечения тяги и дутья достаточно использования только дымовой трубы и ее - самотяги, и тогда можно обойтись и без дутьевых вентиляторов. Естественная тяга (измеряется в Па, мм вод. ст., кгс/м²) в этом случае регулируется шибером, установленным в газоходе за котлом, а управление выведено на фронт котла, где должен быть фиксатор и указатель открывания заслонки. В верхней части шибера должно быть отверстие диаметром не менее 50 мм для вентиляции топки неработающего котла (при закрытом шибере).

Дымовые трубы работают в сложных условиях: при перепадах температуры, давления, влажности, агрессивном воздействии дымовых газов, ветровых нагрузках и нагрузках от собственного веса. Для котельной проектируется обычно одна общая для всех котлов дымовая труба. Дымовые трубы сооружаются по типовым проектам из кирпича, железобетона или металла.

Кирпичная дымовая труба имеет фундамент (цоколь) и ствол в виде усеченного конуса. Минимальная толщина стенок 250 мм. Нижнюю часть трубы футеруют огнеупорным кирпичом для защиты от действия горячих газов. В цоколе предусматривают окна для газоходов (боровов), а также направляющие перегородки (пандусы), в боровах и у основания трубы - лазы для удаления золы. Кирпичные дымовые трубы сооружают диаметром не менее 0,6 м, высотой 30…75 м, они применяются при сжигании любого топлива (газа, мазута).

Железобетонные трубы обладают высокой механической прочностью, однако они не способны противостоять воздействию сернистых соединений, влаги и повышенной температуре дымовых газов. Поэтому внутреннюю поверхность железобетонного ствола футеруют красным или кислотоупорным кирпичом либо покрывают изоляцией (стеклотканью).

Металлические дымовые трубы изготавливают из стальных листов толщиной 3…15 мм. Труба состоит из отдельных звеньев, соединенных между собой сварными швами. Ствол трубы устанавливают на чугунной плите, а для устойчивости на высоте, равной 2/3 трубы, крепят растяжки из стального прутка диаметром 5…7 мм.

Для предупреждения проникновения дымовых газов в толщу стен кирпичных и железобетонных труб не допускается положительное статическое давление на стенки ствола дымовой трубы. Для устранения избыточного статического давления наиболее целесообразно устанавливать диффузоры в верхней части трубы. Они позволяют уменьшить сопротивление газового тракта в случае его заноса золой или при подключении дополнительных котлов, а также снизить расход энергии на транспортировку дымовых газов по тракту.

Высота дымовых труб зависит от высоты застройки, предельно допустимых концентраций вредных веществ (ПДК) и может быть от 30 до 180 м.

При сжигании природного газа возможна установка любых труб, а для мазута и твердого топлива - только кирпичные или железобетонные трубы.

Однако применение высоких труб не всегда оправдано и поэтому чаще используют невысокие трубы с установкой дутьевого вентилятора и дымососа.

Установка дутьевого вентилятора и дымососа обеспечивает более надежную и эффективную работу котельных установок, позволяет поддерживать заданное разряжение или давление в топке, автоматизировать подачу воздуха и топлива в топку, а также использовать КИПиА.

Дутьевой вентилятор имеет металлический корпус в виде улитки, в котором установлен ротор с лопатками, а на оси - электродвигатель. При вращении рабочего колеса в центре создается разряжение, куда через круглое отверстие поступает новая порция воздуха, и за счет центробежных сил он отбрасывается к стенкам корпуса и переходит в нагнетательное прямоугольное отверстие. Производительность дутьевого вентилятора должна обеспечивать с 10 %-ным запасом подачу действительного объема воздуха, необходимого для горения с учетом его температуры, а напор вентилятора должен преодолеть сопротивление воздушного тракта (воздуховода, заслонки, горелки, направляющего аппарата). В качестве дутьевых вентиляторов обычно используют центробежные вентиляторы среднего давления.

Забор воздуха для дутья осуществляется из верхней зоны котельного зала и частично снаружи с помощью специального клапана.

Дымосос - центробежный вентилятор, только с массивными лопатками ротора. Производительность дымососа должна быть на 10 % больше полного объема топочных дымовых газов, удаляемых из котла, с учетом их температуры, а напор должен преодолеть гидравлическое сопротивление всего газового тракта (топки, газохода, экономайзера, воздухоподогревателя, борова, шибера, дымовой трубы) за вычетом самотяги дымовой трубы.

Дутьевой вентилятор и дымосос должны синхронно работать так, чтобы в топке котла поддерживалось разрежение 1,5…3 мм вод. ст., а за котлом 4…6 мм вод. ст., чтобы при открытых дверках или гляделках пламя не выбрасывалось из топки. При разрежении в топке более 8…10 мм вод. ст. происходит значительный подсос холодного воздуха в топку, что резко снижает температуру топочных газов и увеличивает расход топлива. Для измерения небольших давлений или разрежений и получения точных показаний применяют жидкостный тягонапоромер с наклонной трубкой (ТНЖ).

Отдельные котельные агрегаты (МЗК-7АГ и др.), имеющие герметичную стальную обшивку, работают с наддувом воздуха и обеспечивают избыточное давление внутри котла 40 мм вод. ст., а сопротивление воздушного и газового трактов (воздуховода, горелок, газохода, дымовой трубы) преодолевается за счет напора, создаваемого только дутьевым вентилятором.

3. Безопасность работы котельных установок

3.1 Арматура и гарнитура

Арматура - устройства и приборы, обеспечивающие безопасное обслуживание, управление работой элементов котельного агрегата и теплоэнергетического оборудования, находящихся под давлением. К арматуре относят регулирующие и запорные устройства для подачи, продувки и спуска воды, включения, регулирования и отключения трубопроводов воды, пара, топлива и предохраняющие от превышения давления. К арматуре также принято относить основные контрольные и измерительные приборы - водоуказательные стекла, манометры, предохранительные клапаны. Количество арматуры, ее обязательные типы регламентированы Госгортехнадзором.

По назначению арматура делится на запорную (кран, вентиль, задвижка), регулирующую (редукционный клапан), защитную (предохранительный и обратный клапан). По способу соединения с трубопроводами арматуру разделяют на фланцевую и муфтовую, а по материалу - на латунную, чугунную, комбинированную. В местах соединения с фланцами устанавливаются прокладки или уплотнения. Запорная арматура должна иметь паспорт и маркировку: завод-изготовитель, давление и температура среды, условный диаметр, направление потока.

1. Вентиль состоит из корпуса, внутри которого имеется перегородка с горизонтальным седлом, из клапана, шпинделя маховика, коронки, сальниковой гайки и втулки (рис. 8).

Вентиль для воды имеет клапан с мягким уплотнителем (кожа, резина, фибр), а для пара уплотнений нет. Маховик вентиля окрашивается красной краской для пара и голубой - для воды. Теплоноситель всегда должен подаваться под клапан, для чего на корпусе имеется указательная стрелка.



Рис. 8. Вентиль

1 - корпус; 2 - шпиндель;3 - уплотнение сальниковое ; 4 - гайка накидная; 5 - маховик; 6-гайка.

...