Паровые и водогрейные котлы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Классификация и рабочие параметры паровых и водогрейных котлов

Котлы классифицируются по назначению, паропроизводительности, параметрам пара, типу топочного устройства, способу организации взаимного движения продуктов сгорания и рабочей среды, способу организации движения рабочей среды в поверхностях нагрева и виду сжигаемого органического топлива.

По назначению котлы подразделяются на паровые, вырабатывающие водяной пар требуемых параметров, водогрейные, котлы-утилизаторы и энерготехнологические котлы. Они предназначаются для энергетических, производственных, отопительно-производственных и отопительных котельных установок.

По паропроизводительности котлы подразделяются на котлы малой производительности, котлы средней производительности, энергетические котлы и котлы большой паропроизводительности энергоблоков ТЭС.

По параметрам пара паровые котлы подразделяются на котлы, работающие на низком (0,88 МПа), среднем (1,36, 2,36 и 3,9 МПа), высоком (9,8 и 13,8 МПа), критическом (16 МПа), сверхкритическом (24 МПа) давлении. Достижения современной науки и техники в области получения новых конструкционных материалов и сталей позволили создать новые типы паровых котлов, работающих на супер сверхкритическом давлении (до 30 и более МПа).

Паровые котлы малой паропроизводительности (до 20 т/ч) выпускаются на низкое и среднее давление пара. Они получили значительное распространение и широко используются для технологических и хозяйственных нужд, входят в состав стационарных и передвижных котельно-отопительных установок.

Котлы средней производительности (до 100 т/ч) - это, как правило, котлы среднего давления с умеренной температурой перегретого пара (425-450°С) - широко используются в качестве источника технологического пара на промышленных предприятиях.

Энергетические паровые котлы выпускаются на среднее и высокое давление пара и имеют паропроизводительность от 100 до 640 т/ч. Эти котлы устанавливаются на небольших теплоэлектроцентралях и промышленных предприятиях и предназначаются для выработки электроэнергии, получения водяного пара или горячей воды для технологических нужд и нужд отопления.

Котлы энергоблоков ТЭС (КЭС и ТЭЦ) имеют паропроизводительность до 3600 т/ч и выпускаются на среднее, высокое, сверхкритическое и супер сверхкритическое давление пара. Они предназначены для обеспечения выработки электроэнергии и теплофикации населенных пунктов.

По типу топочного устройства можно выделить котлы, оснащенные слоевой топкой, камерной топкой, циклонной топкой, вихревой топкой, топкой с кипящим слоем, специальными топками для сжигания специфических видов топлива. Котлы, оснащенные вихревыми топками и топками с кипящим слоем, в последнее время имеют множество модификаций и получают все более широкое распространение. Их преимущество перед котлами с камерными топками состоит в том, что они могут сжигать твердое топливо ухудшенного качества и широкую гамму промышленных и бытовых отходов. При этом для них не требуются системы пылеприготовления. Они имеют меньшую металлоемкость и более высокие экологические показатели.

По способу организации взаимного движения продуктов сгорания и рабочей среды котлы подразделяются на газотрубные и водотрубные. Водотрубные котлы в свою очередь выпускаются нескольких модификаций: барабанные с естественной циркуляцией, сепарационные (безбарабанные) с многократной принудительной циркуляцией и прямоточные котлы. В котлах с естественной циркуляцией циркуляция воды осуществляется за счет разностей ее плотности; для обеспечения принудительной циркуляции используются циркуляционные насосы, а движение среды в прямоточных котлах осуществляется за счет напора, развиваемого питательным насосом.

Развитие типов водотрубных котлов показано на рисунке 2.1.

Отличительной чертой водотрубных барабанных котлов является наличие одного или нескольких барабанов с фиксированной границей раздела между паром и водой.

Важным шагом в развитии конструкций паровых котлов явилось изобретение прямоточных котлов (рис. 2.1, д). Прямоточное движение рабочей среды в паровых котлах предложено в конце XIX века русскими инженерами, в том числе Д.И. Артемьевым, который в 1893 году создал судовой прямоточный котел.

Прямоточные котлы не имеют барабана, в них вода, а затем пароводяная смесь и пар (называемые вместе рабочей средой) последовательно проходят все поверхности нагрева котла. В отличие от барабанного типа прямоточные котлы могут работать и при сверхкритическом давлении рабочей среды.

По типу тяги в газовоздушном тракте паровые котлы разделяются на котлы с уравновешенной тягой и наддувом. В котлах с уравновешенной тягой движение продуктов сгорания по газовоздушному тракту принудительное и осуществляется за счет совместной работы дымососа и дутьевого вентилятора. В котлах с наддувом сопротивление газового тракта в основном преодолевается работой компрессора.

Рис. 2.1. Развитие типов водотрубных котлов: а - цилиндрический; б - камерный горизонтально-водотрубный; в - двухбарабанный вертикальноводотрубный; г - однобарабанный факельный вертикально-водотрубный; д - прямоточный; 1 - топка; 2 - барабан-сепаратор; 3 - нижний барабан; 4 - выход пара; 5 - раздающая водяная камера; 5' - коллектор; 6 - трубы котельных пучков; 6' - трубы настенных экранов; 7 - экономайзер; 8 - пароперегреватель; 8' - настенный ленточный перегреватель; 9 - воздухоподогреватель; 10 - колосниковая решетка; 11 - горелка; 12 - вход воды в котел

По виду сжигаемого органического топлива паровые котлы разделяются на котлы, сжигающие твердое, жидкое, газообразное топливо, а также бытовые отходы, дрова, биомассу.

Для маркирования паровых котлов приняты такие обозначения: П - прямоточный; Е - котел с естественной циркуляцией; Пр - котел с принудительной циркуляцией и т д. Например, типоразмер Е-420-140ГМ означает: паровой котел с естественной циркуляцией для сжигания газа и мазута паропроизводительностью 420 т/ч с давлением 140 кгс/см 2 (14 МПа).

Паровые котлы маркируются в соответствии с ГОСТом следующим образом: 1 - буквенное обозначение (характер циркуляции теплоносителя), далее паропроизводительнгость, т/ч, давление пара, кг/см2, индекс топки (топливо), цифрами - температура перегрева пара. Е - естественная циркуляция, Еп - естественная с промежуточным перегревом пара, Пр - принудительная, Пп -прямоточные с промежуточным перегревом, Кп - комбинированные с промежуточным перегревом. Е-10-14-ГМ-250. Водогрейные котлы - вид сжигаемого топлива, теплопроизводительность, Гкал/ч (МВТ), температура нагрева воды (на выходе из котла). КВ-ГМ-10-150, КВ-ТС-6,5-130 (ТС - твердое топливо, слоевая топка)
По назначению - энергетические, отопительные, производственные, отопительно-производственные. По характеру вырабатываемого теплоносителя - паровые и водогрейные. По устройству и расположению топок - слоевые и камерные, внутренние и выносные. По перемещению продуктов сгорания и воды - газотрубные, вооотрубные. По характеру циркуляции рабочего тела - с естественной и принудительной. По транспортабельности - передвижные и стационарные. По паропроизводительности - малой мощности - до 25 т/ч; - средней мощности - 35-75 т/ч; - большой мощности - более 100 т/ч.

Паровые котлы характеризуются основными параметрами: номинальной паропроизводительностью, давлением, температурой пара (основного и промежуточного перегрева) и питательной воды.

Под номинальной паропроизводительностью понимают наибольшую нагрузку (т/ч или кг/с), которую стационарный котел должен обеспечивать в длительной эксплуатации при сжигании основного топлива (или при подводе номинального количества теплоты) при номинальных значениях температуры пара и питательной воды (с учетом допускаемых отклонений).

Номинальными давлением и температурой пара считают те, которые должны быть обеспечены непосредственно перед паропроводом к потребителю пара при номинальной производительности котла (для температуры - дополнительно при номинальном давлении и температуре питательной воды).

Номинальной температурой промежуточного перегрева пара называют температуру пара непосредственно за промежуточным пароперегревателем котла при номинальных значениях давления пара, температуры питательной воды, паропроизводительности, а также номинальных значениях остальных параметров пара промежуточного перегрева с учетом допускаемых отклонений.

Номинальная температура питательной воды - это температура, которую необходимо обеспечить перед входом воды в экономайзер или в другой относящийся к котлу подогреватель питательной воды (при их отсутствии - перед входом в барабан котла) при номинальной паропроизводительности.

Главным параметром водогрейного котла является показатель теплопроизводительности - количества теплоты, которое получает вода в котле за определенное время. Эта величина измеряется в кВт, МВт, а также Гкал в час. По этому показателю водогрейные котлы делятся на:

1. Котлы малой мощности (4..65 кВт).

2. Котлы средней мощности (70..1750 кВт).

3. Котлы большой мощности (от 1,8 МВт и выше).

Главные характеристики в спецификации водогрейных котлов:

1. Номинальной мощностью считаются самые высокие параметры теплопроизводительности, которые обеспечиваются на протяжении длительной эксплуатации при использовании воды с номинальными параметрами, не выходящими за рамки допустимых отклонений.

2. Номинальная температура воды на входе должна обеспечивать номинальную теплопроизводительность котла. В зависимости от модели этот показатель может составлять 60..110°C.

3. Минимальные допустимые значения температуры воды на входе во многом зависят от особенностей потребляемого топлива (в частности, его зернистости и влажности) и не должны быть ниже пороговых значений, поскольку из-за выделяемого конденсата происходит низкотемпературная коррозия труб элементов нагрева. Среднее значение этого параметра для газовых котлов - 60°C.

4. Значение максимальной допустимой температуры воды на выходе для разных моделей может составлять 75..150°C. Важно, чтобы вода в водогрейном котле не доходила до кипения и при существующих параметрах рабочего давления обеспечивалась бы температура не выше установленных пороговых значений.

5. Температурный градиент - это показатель разницы между температурой воды на входе и выходе водогрейного котла. Для стальных котлов по данному параметру установлены не такие жесткие рамки, как для чугунных моделей.

Котельный агрегат

Основные элементы и их назначение. Теплогенерирующие установки - это совокупность устройств и механизмов для производства тепловой энергии в виде водяного пара, горячей воды и подогретого воздуха из первичных источников, которыми являются органическое и ядерное топливо, солнечная и геотермальная энергия, горючие и тепловые отходы промышленного производства.

В состав котельного агрегата входят топочное устройство, паровой котёл, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, каркас с лестницами и помостами для обслуживания, обмуровка, тепловая изоляция, обшивка, арматура, гарнитура и газоходы. К вспомогательному оборудованию относятся дутьевые вентиляторы, дымососы, питательные, подпиточные и циркуляционные наносы, водоподготовительные и пылеприготовительные установки, системы топливопередачи, золоулавливания и шлакозолоудаления.

Топочное устройство котлоагрегата предназначено для сжигания топлива и превращения его химической энергии в теплоту. Обмуровка котла - это система огнеупорных и теплоизоляционных ограждений или конструкций котла, предназначенных для уменьшения тепловых потерь и обеспечения газовой плотности. Несущую металлическую конструкцию, воспринимающую вес котла с учётом временных и особых нагрузок и обеспечивающую требуемое взаимное расположение элементов котла, называют каркасом.

Пароперегреватель - устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле. Он представляет собой систему змеевиков, соединенных на входе насыщенного пара с барабаном котла и на выходе - с камерой перегретого пара.

Водяной экмайзер - устройство, обогреваемое продуктами сгорания топлива и предназначенное для подогрева или частичного испарения поступающей в котёл воды.

Воздухоподогреватель - устройство для подогрева воздуха продуктами сгорания топлива перед подачей его в топку котла.

Арматура - специальные устройства, предназначенные для регулирования расхода транспортируемого вещества, отключения и включения потоков газа, пара и воды. По направлению арматуру подразделяют на запорную, регулирующую, предохранительную, контрольную и специальную. Запорная арматура (вентили, задвижки и краны) предназначена для периодического включения или отключения отдельных участков трубопроводов. Регулирующая арматура (регулирующие вентили и клапаны) служит для изменения или поддержания в трубопроводах давления и расхода транспортируемого вещества. Предохранительную арматуру (грузовые, пружинные и обратные клапаны) применяют для автоматического открытия прохода, если давление превысит допустимое значение, а так же для предотвращения обратного движения жидкости или газа. Контрольную арматуру (контрольные краны, указатели уровня, трехходовые краны для манометров) используют для проверки наличия вещества в трубопроводе и определения его уровня. Специальная арматура (конденсатоотводчики и влагомаслоотделители) служит для удаления конденсата, отделения масла и других продуктов от газа.

К гарнитуре котла относятся устройства для обслуживания газотходов и топки котла: лазы, гляделки, затворы шлаковых и золовых бункеров, газовые и воздушные клапаны и заслонки, взрывные клапаны, а так же обдувочные аппараты. Лазы предназначены для осмотра и ремонта поверхностей нагрева, гляделки - для визуального осмотра топки и газоходов с наружной стороны котла, затворы шлаковых и золовых бункеров - для периодического удаления золы и шлака из бункеров, газовые и воздушные клапаны и заслонки - для отключения газотходов, регулирования тяги и дутья. Взрывные клапаны выпускают дымовые газы при повышении давления в топке или газоходе котла, предохраняя их от разрушения. Обдувочные аппараты применяют для удаления с поверхностей нагрева золы и шлака (струей пара или сжатого воздуха).

Питательные и подпиточные устройства (насосы, баки, трубопроводы) предназначены для подачи воды в котел или тепловую сеть (систему отпления)

Тягодутьевые устройства предназначены для подвода в топку котла воздуха, необходимого для сгорания топлива, и отвода из котла продуктов сгорания. Состоят они из дутьевых вентиляторов, воздуховодов, газоводов, дымососов и дымовой трубы, при помощи которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку, движение продуктов сгорания по газоходам и удаление их в атмосферу.

Водоподготовительные устройства служат для подогрева и умягчения питательной воды и состоят из аппаратов и приспособлений, обеспечивающих очистку от механических примесей и растворенных в ней накипеобразующих солей, а также для удаления из неё газов.

Топливоподготовительное устройство в котельных, работающих на пылевидном топливе, предназначено для измельчения топлива до пылевидного состояния; его оборудуют дробилками, сушилками, мельницами, питателями, вентиляторами, транспортерами и пылегазопроводами.

Устройство для удаления золы и шлака состоит из гидравлических систем и механических приспособлений: транспортеров, вагонеток и др.

Топливный склад предназначен для хранения топлива; его оборудуют механизмами для разгрузки и подачи топлива в котельную или в топливоподготовительное устройство.

К устройствам топливного контроля и автоматического управления относятся контрольно-измерительные приборы и автоматы, обеспечивающие бесперебойную и согласованную работу отдельных устройств котельной установки для выработки необходимого количества пара заданных параметром (температуры, давления)

Компоновка котлоагрегата

Компоновкой котла называют взаимное расположение газоходов и направление движения в них продуктов сгорания. Различают П-, Т-, N-, U-образную, четырехходовую и башенную компоновки (рис. 21.1).

П-образная компоновка -- наиболее распространенная (рис. а). В подъемной шахте располагается топочная камера, в опускной -- конвективные поверхности нагрева.

паровой водогрейный котел компоновка

Ее преимущество -- подача топлива и выход газов производятся в нижней части агрегата, что удобно для вывода жидкого шлака и установки дробевой очистки конвективных поверхностей нагрева. Тягодутьевые машины устанавливают на нулевой отметке, что исключает вибрационные нагрузки на каркас котла. Недостатки компоновки: в связи с раз­воротом на 180° возникают неравномерности омывания поверхностей нагрева продуктами сгорания и концентрации золы по сечению конвективной шахты.

Для уменьшения глубины конвективной шахты и высоты соединительного газохода в мощных котлах применяют Т-образную компоновку с двумя конвективными шахтами, расположенными по обе стороны топки (рис. б). Суммарное сечение обеих конвективных шахт увеличивается при сохранении обычных габаритов и способов крепления конвективных поверхностей нагрева. Тягодутьевые машины также устанавливаются на нулевой отметке. Т-образная компоновка особенно подходит для котлов, работающих на топливе с абразивной золой (типа экибастузских), для которых в целях уменьшения золового износа ограничивают скорость продуктов сгорания. Однако при такой компоновке возникают конструктивные затруднения в отводе продуктов сгорания от двух конвективных шахт. Конструкция Т-образного котла сложнее П-образного, она требует и большего расхода металла.

Иногда применяют, особенно часто в ФРГ, где принята верхняя установка дымососов, трехходовую компоновку (рис. в). В этом случае топка и конвективный газоход имеют подъемное движение продуктов сгорания, а соединительный газоход -- опускное. При сжигании очень зольных топлив, имеющих легкоплавкую золу (сланцы), применяют четырехходовую компоновку (рис. г). Характерная особенность такой компоновки -- наличие промежуточных газоходов, в которых во избежание шлакования проходных сечений в зоне высоких температур размещены разреженные поверхности нагрева (например, ширмы).

В мощных котлах с наддувом иногда применяют башенную компоновку (рис. д). Здесь продукты сгорания в топке и конвентивной шахте движутся только вверх. Такая компоновка обладает следующими достоинствами: минимальная площадь агрегата в плане; равномерное омывание конвективных поверхностей нагрева продуктами сгорания из-за отсутствия поворотов газов; минимальное газовое сопротивление благодаря отсутствию опускных газоходов и поворотов газов. К недостаткам компоновки этого типа относятся: трудность в создании конструкции для опирания конвективных поверхностей нагрева, размещение на большой высоте выходных пакетов пароперегревателей, вентиляторов и дымососов, невозможность применения дробевой очистки конвективных поверхностей. Существуют полубашенные компоновки, в которых регенеративный воздухоподогреватель и тягодутьевое оборудование устанавливаются внизу, соединяясь с башенной частью котла незаполненным поверхностями нагрева опускным газоходом.

Башенная компоновка более целесообразна для газомазутных котлов с наддувом и при установке воздухоподогревателей, воздуходувок и дымовой трубы на их каркасе, что требует усиления его конструкции. Башенная компоновка целесообразна и для котлов, сжигающих бурые многозольные угли, так как при такой компоновке удается избежать поворота оголенных продуктов сгорания и связанного с ним интенсивного золового износа конвективных поверхностей нагрева.

В U-образной двухходовой компоновке (рис. е) продукты сгорания в топке движутся вниз, а в конвективной шахте -- вверх (инвертный вариант). Горелки расположены на потолке топочной камеры. Достоинства такой компоновки: факел хорошо заполняет топочную камеру, пароперегреватели расположены низко (короче паропроводы к турбинам), аэродинамическое сопротивление воз­душного тракта минимально (воздухоподогреватель находится вблизи горелок). Недостатки: транспортировка топлива на большую высоту и расположение на большой высоте вентиляторов, дымососов и золоуловителей. U-образная компоновка с инвертной топкой может использоваться при сжигании газа, мазута, а также твердого топлива при удалении шлака в твердом состоянии.

В котлах большой мощности возникают дополнительные требования к компоновке, выдвигаемые их конструкцией. Эти требования вызваны большими размерами агрегата в плане, необходимостью применения вторичного перегрева пара и повышения надежности котла, работающего в блоке с турбиной.

Уменьшения пролета потолочных балок достигают при разделении топки и конвективной шахты на две части. Образуется паровой котел в виде двух корпусов (каждый со своим каркасом и отдельной обмуровкой), в которых поверхности нагрева расположены симметрично (двухкорпусная симметричная компоновка). При наличии отключающей арматуры отдельного корпуса и симметричных обоих корпусов технологическая схема соответствует дубль-блоку. В дубль-блоке симметричная компоновка позволяет работать с половинной мощностью блока на одном корпусе при остановленном другом, что несколько улучшает маневренные свойства, но удорожает установку и повышает удельный расход топлива на 1 кВт * ч, так как при работе на одном корпусе с половинной нагрузкой блока гидравлическое сопротивление перегревателя соответствует номинальному. Экономичность турбины на частичных нагрузках тоже снижается.

В двух- и многоходовых схемах движения газов топку и газоходы выполняют с промежутком между ними и самостоятельной обмуровкой или без промежутка с общей разделяющей стенкой из плотных экранов Их называют соответственно разомкнутыми (рис. а, б, г, е) и сомкнутыми (рис. в, ж) газоходами. Для размещения воздухоподогревателей либо используют нижнюю часть конвективной шахты, либо их выносят за пределы котла или даже за пределы главного здания. Этим освобождается место для установки горелок или при необходимости для применения дробевой очистки конвективных поверхностей нагрева.

Размещено на Allbest.ru