Котельные установки

Устойчивое снабжение цехов предприятия теплотой в значительной степени определяет условия работы обслуживающего персонала и стабильное функционирование оборудования.

Котельные установки в зависимости от характера потребителей делятся на производственно-отопительные и отопительные, а по виду вырабатываемого теплоносителя - на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).

Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но могут быть и паровые) предназначены для обслуживания систем отопления производственных и жилых помещений.

В зависимости от назначения котельная установка состоит из парового или водогрейного котла и соответствующего вспомогательного оборудования, обеспечивающего его работу.

Паровой (водогрейный) котел - устройство, в котором для получения пара (горячей воды) требуемых параметров используют теплоту, выделяющуюся при сгорании органического топлива или отходящих газов.

Основными элементами парового котла являются поверхности нагрева - теплообменные поверхности, предназначенные для передачи теплоты от теплоносителя к рабочему телу (вода, пароводяная смесь, пар или воздух). По происходящим процессам преобразования рабочего тела различают нагревательные, испарительные и пароперегревательные поверхности нагрева. В качестве нагревательных поверхностей нагрева применяют экономайзеры - устройства, обогреваемые продуктами сгорания и предназначенные для подогрева воды, поступившей в паровой котел.

Паровые котлы классифицируются по следующим техническим характеристикам.

По виду сжигаемого топлива различают паровые котлы для газообразного, жидкого и твердого топлива.

По особенностям газовоздушного тракта различают котлы с естественной или уравновешенной тягой и с наддувом. Паровые котлы, в которых движение воздуха и продуктов сгорания обеспечивается напором, возникающим под действием разности плотностей атмосферного воздуха и газа в дымовой трубе, называются котлами с естественной тягой. Если сопротивление газового тракта, также как и воздушного, преодолевается при помощи дутьевых вентиляторов, то котлы работают с наддувом.

Котлы, в которых давление в топке и начале горизонтального газохода поддерживается близким к атмосферному при помощи дутьевых вентиляторов и дымососов, называют котлами с уравновешенной тягой. Работа газового тракта под разрежением позволяет уменьшить выбросы из газоходов в котельное помещение высокотемпературных газов и золы.

По виду водопарового (пароводяного) тракта различают барабанные (рис. 153, а, б) и прямоточные (рис. 153, в) котлы.

Рис. 153. Схема пароводяного тракта паровых котлов: а, б - барабанных; в – прямоточных

Во всех типах котлов по экономайзеру 2 и пароперегревателю 7 вода и пар проходят однократно. Различие состоит лишь в принципе работы испарительных поверхностей нагрева 6.

В барабанных котлах пароводяная смесь в замкнутом контуре, который включает барабан 3, коллекторы 5, опускную трубу 4 и испарительные поверхности нагрева, проходит многократно, причем в котлах с принудительной циркуляцией перед входом воды в трубы испарительных поверхностей ставят дополнительный насос 8 (см. рис. 153, б). В прямоточных котлах (см. рис. 153, в) рабочее тело по всем поверхностям нагрева проходит однократно под действием напора, развиваемого питательным насосом 1.

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

По параметрам рабочего тела различают котлы низкого (менее 1МПа), среднего (1-10 МПа), высокого (10-22,5 МПа) и сверхкритического давления (более 22,5 МПа).

Простейшим барабанным котлом с естественной циркуляцией малой производительности (низкого и среднего давления) является цилиндрический котел (рис. 154, а), выполненный в виде горизонтального барабана 2, на 3/4 объема заполненного водой, с топкой 1 под ним. Стенки барабана, обогреваемые снаружи продуктами горения топлива, выполняют роль теплообменной поверхности. При простоте конструкции и ряде эксплуатационных достоинств этот котел имеет относительно большие габаритные размеры, малую величину удельного паросъёма (количество пара с 1 м² поверхности нагрева), значительную величину удельного расхода металла, низкий КПД.

Рис. 154. Схемы барабанных котлов с естественной циркуляцией:

а - цилиндрического; б - жаротрубного; в - газотрубного; г, е - водотрубного

 

В жаротрубных котлах (рис. 154, б) в одном объеме барабана 2 устанавливают несколько жаровых труб 3 большого диаметра (500-800 мм), а в дымогарных и комбинированных газотрубных котлах(рис. 153, в) устанавливают пучок дымогарных труб 4 малого диаметра.

Водотрубные котлы имеют слабо наклоненные к горизонтали (10-5°) пучки труб 6, которые с помощью плоских камер 5 (рис. 154, г) или круглых камер присоединяются к одному или нескольким горизонтальным барабанам. Котлы такой конструкции получили название горизонтально-водотрубных.

Вертикально-водотрубные котлы (рис. 154, д, е), получившие широкое распространение, в отличие от газотрубных, обладают практически неограниченными возможностями увеличения паропроизводительности. Основные особенности конструктивных изменений сводятся к следующему. Последовательно осуществлен переход от много барабанной (см. рис. 154, д) к однобарабанной конструкции (см. рис. 154, е). Нижний барабан 7 (см. рис. 154, д) заменен цилиндрической камерой 10 (см. рис. 154, е) небольшого диаметра (коллектором). Опускные трубы 9 и барабан 2 частично вынесены из зоны обогрева за обмуровку котла. Реализовано полное экранирование топочной камеры. Конвективные пучки труб с продольным омыванием дымовыми газами заменены на пучки 6 с поперечным омыванием. Осуществляется подогрев воздуха и внедрены пароперегреватели 8.

В комбинированных котлах топочная камера 1 размещается внутри барабана 2, у одной из его стен.

Вода, поступающая в котел, проходит подготовку, обеспечивающую ее очистку и уменьшение солесодержания. Находящиеся в воде соли обладают той или иной степенью растворимости. Растворимость солей с повышением температуры меняется. Соли, растворимость которых с ростом температуры убывает, начинают выпадать в осадок. Часть солей при нагреве разлагаются с образованием трудно растворимых или нерастворимых солей, выпадающих в осадок.

Наличие примесей в питательной воде приводит к некоторым явлениям, осложняющим работу котла. Среди них, в первую очередь, следует выделить накипеобразование, загрязнение перегревателей, внутреннюю коррозию в трубах и других элементах.