8

Тепловые схемы котельных

По своему назначению котельные малой и средней мощности делятся на следующие группы: отопительные, предназначенные для теплоснабжения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения жилых, общественных и других зданий; производственные, обеспечивающие паром и горячей водой технологические процессы промышленных предприятий; производственно-отопительные, обеспечивающие паром и горячей водой различных потребителей. В зависимости от вида вырабатываемого теплоносителя котельные делятся на водогрейные, паровые и пароводогрейные.

В общем случае котельная установка представляет собой совокупность котла (котлов) и оборудования, включающего следующие устройства. Подачи и сжигания топлива; очистки, химической подготовки и деаэрации воды; теплообменные аппараты различного назначения; насосы исходной (сырой) воды, сетевые или циркуляционные – для циркуляции воды в системе теплоснабжения, подпиточные – для возмещения воды, расходуемой у потребителя и утечек в сетях, питательные  для подачи воды в паровые котлы, рециркуляционные (подмешивающие) ; баки питательные, конденсационные, баки-аккумуляторы горячей воды; дутьевые вентиляторы и воздушный тракт; дымососы, газовый тракт и дымовую трубу; устройства вентиляции; системы автоматического регулирования и безопасности сжигания топлива; тепловой щит или пульт управления.

Тепловая схема котельной зависит от вида вырабатываемого теплоносителя и от схемы тепловых сетей, связывающих котельную с потребителями пара или горячей воды, от качества исходной воды. Водяные тепловые сети бывают двух типов: закрытые и открытые. При закрытой системе вода (или пар) отдает свою теплоту в местных системах и полностью возвращается в котельную. При открытой системе вода (или пар) частично, а в редких случаях полностью отбирается в местных установках. Схема тепловой сети определяет производительность оборудования водоподготовки, а также вместимость баков-аккумуляторов.

В качестве примера приведена принципиальная тепловая схема водогрейной котельной для открытой системы теплоснабжения с расчетным температурным режимом 150- 70°С. Установленный на обратной линии сетевой (циркуляционный) насос  обеспечивает поступление питательной воды в котел и далее в систему теплоснабжения. Обратная и подающая линии соединены между собой перемычками – перепускной и рециркуляционной. Через первую из них при всех режимах работы, кроме максимального зимнего, перепускается часть воды из обратной в подающую линию для поддержания заданной температуры.

Принципиальная тепловая схема водогрейной котельной

По условиям предупреждения коррозии металла температура воды на входе в котел при работе на газовом топливе должна быть не ниже 60 °С во избежание конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих газах. Так как температура обратной воды почти всегда ниже этого значения, то в котельных со стальными котлами часть горячей воды подается в обратную линию рециркуляционным насосом.

В коллектор сетевого насоса из бака  поступает подпиточная вода (насос, компенсирующая расход воды у потребителей). Исходная вода, подаваемая насосом, проходит через подогреватель, фильтры химводоочистки и после умягчения через второй подогреватель, где нагревается до 75- 80 °С. Далее вода поступает в колонку вакуумного деаэратора. Вакуум в деаэраторе поддерживается за счет отсасывания из колонки деаэратора паровоздушной смеси с помощью водоструйного эжектора. Рабочей жидкостью эжектора служит вода, подаваемая насосом  из бака эжекторной установки. Пароводяная смесь, удаляемая из деаэраторной головки, проходит через теплообменник – охладитель выпара. В этом теплообменнике происходит конденсация паров воды, и конденсат стекает обратно в колонку деаэратора. Деаэрированная вода самотеком поступает к подпиточному насосу, который подает ее во всасывающий коллектор сетевых насосов или в бак подпиточной воды.

Подогрев в теплообменниках  химически очищенной и исходной воды осуществляется водой, поступающей из котлов. Во многих случаях насос, установленный на этом трубопроводе (показан штриховой линией), используется также и в качестве рециркуляционного.

Если отопительная котельная оборудована паровыми котлами, то горячую воду для системы теплоснабжения получают в поверхностных пароводяных подогревателях. Пароводяные водоподогреватели чаще всего бывают отдельно стоящие, но в некоторых случаях применяются подогреватели, включенные в циркуляционный контур котла, а также надстроенные над котлами или встроенные в котлы.

Показана принципиальная тепловая схема производственно-отопительной котельной с паровыми котлами, снабжающими паром и горячей водой закрытые двухтрубные водяные и паровые системы теплоснабжения. Для приготовления питательной воды котлов и подпиточной воды тепловой сети предусмотрен один деаэратор. Схема предусматривает нагрев исходной и химически очищенной воды в пароводяных подогревателях. Продувочная вода от всех котлов поступает в сепаратор пара непрерывной продувки, в котором поддерживается такое же давление, как и в деаэраторе. Пар из сепаратора отводится в паровое пространство деаэратора, а горячая вода поступает в водоводяной подогреватель для предварительного нагрева исходной воды. Далее продувочная вода сбрасывается в канализацию или поступает в бак подпиточной воды.

Конденсат паровой сети, возвращенный от потребителей, подается насосом из конденсатного бака в деаэратор. В деаэратор поступает химически очищенная вода и конденсат пароводяного подогревателя химически очищенной воды. Сетевая вода подогревается последовательно в охладителе конденсата пароводяного подогревателя и в пароводяном подогревателе.

Во многих случаях в паровых котельных для приготовления горячей воды устанавливают и водогрейные котлы, которые полностью обеспечивают потребность в горячей воде или являются пиковыми. Котлы устанавливают за пароводяным подогревателем по ходу воды в качестве второй ступени подогрева. Если пароводогрейная котельная обслуживает открытые водяные сети, тепловой схемой предусматривается установка двух деаэраторов – для питательной и подпиточной воды. Для выравнивания режима приготовления горячей воды, а также для ограничения и выравнивания давления в системах горячего и холодного водоснабжения в отопительных котельных предусматривают установку баков-аккумуляторов.

Принципиальная тепловая схема паровой котельной при закрытых сетях.

Арматура и гарнитура котла Котельная арматура

Устройства и приборы, служащие для управления работой частей ко­тельного агрегата, находящихся под давлением, для включения, отключения и регулирования трубопроводов для воды и пара, основные предохранительные устройства носят название арматуры.

По своему назначению арматуру разделяют на запорную, регулирую­щую, продувочную и предохранительную.

Арматуру выполняют с принудительным приводом и самодействующей.

По конструкции приводную арматуру разделяют на вентили, задвижки и краны, а самодействующую - на предохранительные и обратные клапаны и конденсатоотводчики.

К арматуре условно относят также водомерные стекла и другие водоуказательные приборы.

Вентили применяют в качестве регулирующих и запорных устройств (рис. 16.1). Как запорную арматуру их применяют при диаметрах прохода до 109-150 мм.

В запорном вентиле уплотняющая поверхность клапана плотно примы­кает к поверхности седла. Вентиль состоит из корпуса, крышки, шпинделя, на котором висит клапан. В корпусе имеется седло клапана. В месте прохода шпинделя через крышку установлено сальниковое уплотнение.

В регулирующем вентиле клапан имеет переменное сечение. Это дает возможность изменять проходное сечение. Регулирующий клапан выполняют в виде профилированной иглы, пустотелого золотника и т. д. В полностью за­крытом состоянии они не обеспечивают полной плотности. Обычно регули­рующие клапаны рассчитывают на работу с перепадом давления 1,0 МПа.

Основным показателем работы регулирующего клапана является его ха­рактеристика (зависимость относительного расхода среды от степени откры­тия клапана) (рис. 16.2).

Для целей регулирования наиболее благоприятна линейная характери­стика, для чего требуется выполнение регулирующих органов со сложным профилем открывающихся окон для перетока среды. Регулирующий клапан золотникового типа имеет пустотелый золотник с профилированными окнами, который шпинделем приводится в поступательное движение. При перемеще­нии золотника относительно двух седел происходит изменение степени тия окон.

Рис. 16.1. Запорный и регулирующий вентили высокого давления:

а - запорный; б - регулирующий; 1 - корпус; 2 - тарелка; 3 - шпиндель; 4 - крышка; 5 - сальник; 6 - набивка; 7 - седло; 8 - профилированный конус затвора

Доля открытия

Зависимость относительного расхода среды от степени открытия клапана

В скальчатых регулирующих клапанах регулирующий орган выполнен в виде скалки, имеющей коническую форму вблизи седел. При перемещении скалки изменяется кольцевой зазор между ней и седлами клапана.

В игольчатых регулирующих клапанах регулировка достигается за счет перемещения профилированной иглы.

Задвижки в основном используют в качестве запорных органов (рис. 3), хотя имеются и специальные конструкции регулировочных задви­жек. В задвижках запирающий орган (клин, диски) перемещается в направле­нии, перпендикулярном потоку. По принципу прижатия запорного органа за­движки разделяют на клиновые, с параллельно-принудительным затвором и самоуплотняющиеся.

'"1 | I

Рис. 3. Запорная задвижка

В клиновых задвижках запирающий орган выполняют из целого или разрезного клина.

Коэффициент гидравлического сопротивления задвижек b = 0,25-0,8, а у запорных вентилей b = 2,5-5.

Обратный клапан (рис. 16.4, 16.5) пропускает среду в одном направле­нии и автоматически закрывается при обратном токе среды. Его устанавлива­ют, например, на питательном трубопроводе для предотвращения обратного тока воды при падении давления в магистрали.

а 6

Рис. 16.5. Обратные клапаны: а - пружинный; б - клапан-хлопушка

Предохранительный клапан представляет собой запорное устройство, которое автоматически открывается при повышении давления. Устанавливают его на барабанных котлах, паропроводах, резервуарах и др. При открытии кла­пана среда сбрасывается в атмосферу. Предохранительные клапаны могут быть рычажными (рис. 16.6), пружинными (рис. 16.7) и импульсными (рис. 16.8).

В рычажном клапане запирающий орган (тарелка) удерживается в за­крытом состоянии грузом. В пружинном предохранительном клапане давле­нию среды на тарелку противодействует сила натяга пружины.

Предохранительные клапаны выполняют как одинарными, так и двой­ными. В зависимости от высоты подъема тарелки клапаны разделяют на низ­коподъемные и полно подъемные. В полно подъемных клапанах площадь, от­крываемая проходу среды при подъеме клапана, превышает проход седла. Они обладают большей пропускной способностью, чем низкоподъемные.

Импульсно-предохранительные клапаны к седлу прижимаются полным давлением среды. Что обеспечивает большую плотность. При повышении дав­ления вначале открывается небольшой импульсный клапан. Прошедший из не­го пар действует на поршень основного клапана, производя его открытие.

Количество и размеры предохранительных клапанов определяются по следующей формуле:

D

nd h = А^:

Р

где n - число установленных клапанов;

h - высота подъема клапана, см;

D - номинальная производительность котла (бар);

Р - давление (абсолютное) в котле (бар).

Значение коэффициента принимается для клапанов с малой высотой

подъема (h < ^D), равным 0,0075, а при (h > ~D) А = 0,015.

В соответствии с правилами каждый котел паропроизводительностью более 100 кг/ч должен быть снабжен не менее чем двумя предохранительными клапанами, один из которых должен быть контрольным. На котлах производи­тельностью 100 кг/ч и менее может допускаться установка одного предохрани­тельного клапана.

Суммарная пропускная способность клапанов должна быть не менее ча­совой производительности котла. При наличии у котла неотключаемого паро­перегревателя часть предохранительных клапанов с пропускной способностью не менее 50 % суммарной пропускной способности должна быть установлена на выходном коллекторе.

На паровых котлах с давлением 39 кг/см и выше должны устанавли­ваться только импульсные предохранительные клапаны. Количество пара, ко­торое может пропускать клапан при полном открытии определяется по форму­лам:

а) для давлений от 0,7 до 120 кг/см : насыщенный пар - G_Hn = 0,5 a F (р_{ +1), кг/ч;

перегретый nap - G_nn = G_Hn Р=-, кг/ч;

V ПП

2

б) для давлений свыше 120 кг/см : G = 0,72aF^^?,Kr/4.

Эти формулы могут применяться при условиях: для насыщенного пара, если (р₂ +1)< 0,450 (р₁₊1);

для перегретого пара, если (р₂ +1) < 0,473 (р₁₊1), где G - пропускная способность клапана, кг/ч;

F - наименьшая площадь свободного сечения в проточной части клапана, мм ;

V - удельный объем пара перед предохранительным клапаном, м /кг;

h - высота подъема клапана, см;

d - диаметр проходного сечения клапана, см;

a - коэффициент расхода пара, принимаемый равным 90 % от величины, оп­ределенной при испытании головных образцов клапанов данной конструкции; Pi - максимальное избыточное давление перед предохранительным клапаном (не более 1,1 расчетного), кг/см ;

Р2 - избыточное давление за предохранительным клапаном (в случае истече­ния в атмосферу р₂ = 0), кг/см².

Для парогенераторов высоких параметров Венюковский арматурный за­вод выпускает импульсно-предохранительные устройства, предназначенные

2 2

для работы на перегретом паре 100 кг/см , t = 540 °С; 140 кг/см , t = 570 °С и 220 кг/см , t=565 °С и рассчитанное на теоретическую пропускную способ­ность 115, 160 и для блоков 30 МВт (м. б. 300 МВт) 120, 240, 500 т/ч. Это уст­ройство состоит из главного предохранительного клапана с электромагнитным приводом и фильтром электроконтактного манометра и др.

При повышении давления в барабане, коллекторе или паропроводе выше нормального срабатывает электроконтактный манометр, который выключает ток в цепи нижнего электромагнита и включает в цепи верхнего (на импульс­ном клапане). Верхний электромагнит открывает импульсный клапан. Пар по­ступает в главный предохранительный клапан и открывает его. При снижении давления пара в барабане электронный манометр выключает верхний магнит и включает нижний. Импульсный клапан закрывается, прекращая доступ пара в поршневую камеру главного предохранительного клапана, давление под поршнем последнего падает за счет выхода пара через дренажную трубку бу­геля и главный предохранительный клапан закрывается.

Импульсные предохранительные клапаны выбирают по каталогам арматурных заводов по давлению, температуре перегрева и расходу.

Водоуказательная арматура служит для наблюдения за уровнем воды в барабанных котлах. Водоуказательные приборы с круглыми и рифлеными стеклами применяются на котлах низкого и среднего давления (рис. 16.9). Верхнюю и нижнюю головки прибора посредством труб соединяют с паровым и водяным пространством барабана. Обе головки имеют по два запорных вен­тиля для отключения прибора от котла. В нижней головке имеется дополни­тельный вентиль для периодической продувки прибора.

При высоком давлении стекла заменяют слюдой.

Для наблюдения за уровнем воды в барабане котла на щите управления служит сниженный указатель уровня (рис. 16.10).

Рис. 16.10. Схема сниженного указателя уровня воды:

1 - компенсационный сосуд; 2 - соединительные трубки;

3. - расширительный сосуд;

4. - нижняя водоуказательная колонка;

5. - верхняя водоуказательная колонка