Основні висновки:

1. Енергетика - важлива галузь сучасного виробництва. Вона включає виробництво, переробку, перетворення, транспортування і використання енергоресурсів та енергоносіїв усіх видів.

2. Паливом називають речовини, що здатні в процесі хімічних та ядерних перетворень виділяти значну кількість теплоти, яка може бути використана для енергетичних, технологічних і побутових потреб.

Розрізняють органічні та ядерні палива. В органічному паливі тегоюта виділяється внаслідок реакцій сполучення горючих складових з окислювачем - з киснем повітря, в ядерному паливі - внаслідок реакцій розпаду атомних ядер деяких ізотопів важких елементів

3. Органічне паливо складається з горючих елементів - водню Н, вуглецю С, сірки S та негорючих елементів - кисню О та азоту N. Сірку, що міститься в паливі, поділяють на горючу або летку, та негорючу. Горюча сірка складається з органічних та колчеданних сполук. Крім того, до складу палива входять волога W та зола А.

4. Процес згоряння палив, що мають різні агрегатні стани, відбувається по-різному, але для всіх палив він складається з двох стадій — займання і саме горіння. Займанню палива передує підготовчий період, протягом якого воцр підігрівається до температури займання, після чого починається процес видимого стійкого горіння.

Контрольні питання:

1. Перерахувати види палива, охарактеризувати їх.

2. Назвати основні складові органічного палива.

Домашнє завдання:

1. Повторення матеріалу теми за конспектом. Самостійне опрацювання теми

Прочитати:

[1] c. 235-253;[2] 173-180.

Тема №16

КОТЛИ І ТЕПЛОГЕНЕРАТОРИ

План

1. Класифікація котлів для сільського господарства

2. Тепловий баланс котла

3. Теплогенератори. Теплова потужність

4. Техніка безпеки

1. Котли. Класифікація котлів для сільського господарства

Котлом називається пристрій, в якому для одержання пари або нагріву води с тиском вище атмосферного використовується тепло, що виділяється при спалюванні палива, а також тепло відходячих газів.

Котли розрізняють по наступних ознаках :

• по призначенню - опалювальні, виробничо-опалювальні, енергетичні;

• по матеріалу конструкції - чавунні і стальні;

• по характеру теплоносія, що виробляється - парові і водогрійні;

• по аеродинамічному режиму топки - з розрідженням і наддувом;

• по переміщенню продуктів згорання і води - газотрубні, в яких гази рухаються в середні труб; водотрубні-газотрубні;

• по конструктивних особливостях - циліндричні, горизонтальні-водотрубні, вертикальне водотрубні,

• по характеру циркуляції робочого тіла - з природною або примусовою циркуляцією прямоточні;

• по транспортабельності - стаціонарні і пересувні.

Паровий або водогрійний котел, в якому в ролі джерела тепла використовують гарячі газ технологічного процесу, називають - котлом-утилізатором.

Парові котли сільськогосподарського призначення бувають з надлишковим тиском пари до 68,7 кПа (до 0,7 ат) і з надлишковим тиском нари вище 68,7 кПа (більше 0,7 ат).

Котли низького тиску (першої групи) застосовують на тварин­ницьких фермах, птахофермах і господарських комплексах для виробництва технологічної пари, погрібної для запарювання кормів, пастеризації молока, мийки молочного посуду, санітарної обробки приміщень тощо. До цієї серії належать парові котли марок КВ-300М, Д-721А і КВ-3ООМТ. що знаходяться в експлуатації, а також котли марок КВ-3ООу, КВ-3ООл, КГ-300, Д-721Г-Ф, КТ-Ф-300, серійне виробництво яких почали недавно.

Котел складається з двох горизонтальних циліндрів різного діаметра, корпуса 1 і жарової труби 2, розташованих один в одному і з'єднаних у торцевих частинах фланцями. У передній частині жарової труби 2 знаходиться топка, а в задній - пучок кип'ятильних труб 9, Між топкою і пучком кип'ятильних труб 9 розташований екран 13 із шамотної цегли, що захищає труби 9 від впливу прямого полум'я. До верхньої частини зовнішнього циліндра приварений парозбірник 4, виконаний у вигляді напів циліндра. У задній частині котла розташований перегрівник 10 і димова труба 7. Котел працює на рідкому паливі (дизельному або пічному), що спалюється в автоматичному пальнику ІТНГ-2. Він складається з дуттьового вентилятора, що подає повітря для розпилювання палива і горіння, пальника, поплавкового пристрою, електросвічок запалювання і фотоелемента. Димові гази, що утворюються під час спалювання палива, проходять по жаровій трубі 2, омивають пучок кип'ятильних труб 9, надходять у пароперегрівник 10 і потім по димовій трубі 7 видаляються в атмосферу. Живильна вода по трубопроводу 5 подається в парозбірник 4, де підігрівається до температури кипіння; при цьому з неї виділяються мінеральні солі, що виносяться потоком пари. Потім підігрітавода через отвори у верхній частині корпуса 1 надходить у кільцевий простір між жаровою трубою 2 і корпусом 1. Пара, що утворюється в кип'ятильних трубах збирається в парозбірнику 4, проходить через пароперегрівник 10 і виводиться через штуцер 8. Одночасно з виробленням пари котел за допомогою водяного підігрівника 15, розміщеного в кільцевому водяному просторі котла, підігріває 1500 кг/год проточної води до температури 70С

55

Котли з надлишковим тиском пари більш ніж 68,7 кПа (друга група) широко застосовуються в сільськогосподарському виробництві для опалення і виробничих цілей.

Котли типу ДКВР (двобарабанні, водотрубні, реконструйовані) випускаються продукпівністю від 2,5 до 20 т/год насиченої або перегрітої пари на робочий тиск 1,4; 2,35 і 3,9 МПа і робочу температуру до 442°С. Вони можуть працювати на твердому, рідкому або газоподібному паливі. Котел (рис. 4.7) містить верхній 4 і нижній 10 барабани, що розташовані паралельно поздовжній осі коїла і з'єднані між собою вертикальними пучками труб 3 і 6, по яких здійснюється природна циркуляція води і паровод яної суміші. Топка розташована в перед ній частині котла.

56

Димові гази, що утворюються в результаті спалювання, рухаються горизонтально, віддаючи свою теплоту екранним 3 і конвективним 6 трубам. Топкова камера розділена шамотною стінкою на дві камери: топку і камеру догоряння 5. Остання запобігає попаданню полум'я в газоходи конвективної частини, що збільшує термін служби труб конвективного (кип'ятильного) пучка 6 і зменшує тепловтрати з відхідними газами. Для збільшення часу перебування димових газів у газоходах когла встановлені вертикальні перегородки 9 і 7, перша з яких по ходу газу виконана із шамотної цегли, а друга - з чавуну.

У передній частині котла вздовж стін встановлені екранні труби З, а в задній - U-подібні кип'ятильні труби 6 (у вигляді пучка, що заповнює весь простір газоходу). Передача теплоти від димових газів до екранних труб 3 відбувається переважно шляхом радіації, внаслідок високої температури димових газів у топці. При подальшому русі димових газів по топці їхня температура знижується, тому в конвективній частині котла передача теплоти від димових газів до кип'ятильних труб 6 здійснюється як за рахунок радіації, так і за рахунок конвективного теплообміну.

Живильна вода після системи водопідготовки надходить у верхній барабан 4, а вихід перегрітої пари здійснюється через колектор у верхній частині котла.

Оскільки відхідні димові гази мають досить високу температуру (до 400°С), то їх використовують для підігріву води або повітря. Теплообмінник, що є частиною котельного агрегату і призначений для підігріву живильної води перед подачею в котел, називається водяним економайзером. Теплообмінник, що є частиною котельної установки і призначений для підігріву повітря перед подачею його в топку, називається повітропідігрівником. Установка водяного економайзера або повітропідігрівника дозволяє утилізувати теплоту відхідних димових газів понизивши їхню температуру до 130-150°С, і тим самим підвищити ККД котла.

У сільському господарстві застосовуються також водогрійні котли. Вони працюють під тиском до 0,51 МПа і з температурою води, що нагрівається, до 95°С. Допускається робота водогрійних котлів з температурою гарячої води до 115°С. Циркуляція води в котлах природна.

Елементи конструкцій котлів, допоміжні системи і пристрої

В котел входять : топка, поверхні нагріву, пароперегрівач, каркас з драбинами площадками для обслуговування, обмурівка, газоходи, арматура і гарнітура.

Топка призначена для спалювання в ній палива і передачі одержаного при цьому тепла теплоносію, що нагрівається, через поверхні нагріву, які покривають топку. (З топки продукти згорання поступають в газоходи котла, де проходить подальший теплообмін між димовим газами і теплоносієм, що нагрівається і проходить через конвективні поверхні нагріву)

Поверхні нагріву - це елементи котла, в яких проходить передача тепла від факела продуктів згорання теплоносію (вода, пара).

Проходи - канали, утворені обмуровкою котла, шамотними або чавунними перегородним і призначені для направлення продуктів згорання палива і розміщення поверхонь нагріву.

Котельний пучок - група труб на конвективної поверхні нагріву, вварених або ввальцованих в загальні колектори або барабани.

(Внутрішня частина парового котла що наповнена парою називається паровим об'ємом).

Пароперегрівач - пристрій (поверхня нагріву) для підвищення температури пари вище температура насичення, одержаної в паровому пристрої при заданому тиску.

До хвостових поверхонь нагріву відносяться економайзер і повітропідігрівач, в яких використовується тепло відходячів димових газів. Економайзер - пристрій для підігріву повітря перед подачею її в барабан парового котла. Повітропідігрівач - пристрій для підігріву повітря перед передачею його на пальника котла. Каркас - металічна конструкція з колон, балок і зв'язків, що встановлені на фундаменти призначені для з'єднання і під гриліки елементів котла. Обмурівка - зовнішнє захисне огородження котлів.

57

Топка - це елемент конструкції котла, призначений для спалювання органічного палива, часткового охолодження продуктів згоряння і видалення золи. Топки підрозділяють на шарові і камерні У шарових топках тверде кускове паливо, що спалюється, утворює нерухомий шар, який рухається в поперечному напрямку, та палива, що продувається потоком повітря, потрібного для горіння. У камерних топках спалюється газоподібне, рідке або тверде паливо (останнє у зваженому стані). Розрізняють такі різновиди камерних топок: з кипля­чим шаром, смолоскипову і вихрову. У топках з киплячим шаром спалюється тверде грубозернисте паливо, що псевдозріджується повітрям, подаваним на горіння. Частки палива частково перемішу­ються по об'єму "киплячого шару", але не виносяться з нього газом. У смолоскипових і вихрових топках спалюється газове, рідке або тверде шшоподібне паливо. Рідке паливо при подачі в топку диспергується на дрібні краплі за допомогою форсунок, а тверде пшюподібне паливо подається в топку разом з потоком повітря у зваженому стані. Смолоскипові топки чуттєві до режиму роботи. Досконалішими топковими пристроями є вихрові, в яких шшоподібне паливо переміщається в камері в закрученому потоці.

Перегрівники поділяють на радіаційні і конвективні залежно від переважаючого у них способу передачі теплоти. Радіаційні паро­перегрівники розташовують у топці або газоході в зоні високої температури димових газів, тому основний потік теплоти до них передається за рахунок випромінювання. Конвективні паропере­грівники поміщають у газоходи в зоні низької температури, тому пере­дача теплоти в цьому випадку відбувається переважно шляхом кон­векції. Пароперегрівники виготовляють із труб діаметром 22-54 мм. Залежно від напрямку руху пари і газу вони бувають прямотечійними, протитечійними і зі змішаним рухом потоків (рис.58).

58

Економайзери служать для підігріву живильної води газами, що відходять з топки перед її надходженням у випарну частину котла. їх розташовують у газоході котла за пароперегрівниками (по ходу руху газу) і виготовляють зі сталевих або чавунних труб, зібраних у пакети (рис. 59). Чавунні труби мають звичайно зовнішнє оребрення дня підвищення інтенсивності тепловіддачі від димових газів до стінки труб, що в цьому випадку лімітує загальну швидкість тепловіддачі. Рух води в трубах вертикальний - знизу нагору, при цьому пухирці повітря, що виділяються під час нагрівання води, також переміщаються нагору і не перешкоджають рухові води в трубах.

59

Розрізняють економайзери киплячого і некиплячого типу. У економайзерах першого типу до 20% води перетворюється в пару. Повітропідігрівники - пристрої для підігріву повітря димовими газами, що ідуть перед подачею його в топку котла. їх будують за схемою рекуперативних або регенеративних теплообмінників. Реку­перативні повітропідігрівники виконують у вигляді трубчастого багатоходового за повітрям теплообмінника (рис. 60).

60

Димові гази рухаються по вертикальних сталевих трубах діаметром 30-40 мм, а повітря омиває їх ззовні, переміщаючись у поперечному напрямку. У регенеративних повітропідігрівниках робочий простір барабана розділений на ряд секцій вертикальними перегородками, що запобігають змішуванню потоків димових газів і повітря. Під час обертання барабана металева насадка поперемінно знаходиться в зоні дії димових газів і повітря, відповідно нагрівається або охолоджується, передаючи як проміжному теплоносію теплоту від димових газів до повітря.

Обмуровування котла являє собою вогнетривку і теплоізоляційну конструкцію, що служить для зменшення теплових втрат у навколишнє середовище і створення газової щільності. Воно виконується з червоної вогнетривкої цегли, вогнетривких плит або теплоізоляційних матеріалів, скріплених металевими частинами й розміщених у металеве обшивання. Теплова ізоляція вибирається такої товщини, щоб забезпечити неперевищения заданого відсотка тепловтрат у навколишнє середовище q5 і негіеревищення (відповідно до санітарних норм) температури зовнішньої поверхні ізоляції (55°С).

Водопідготовка. Потреба підготовки живильної води перед подачею в котел диктується тим, що в ній містяться небажані домішки: нерозчинні суспензії (пісок, глина, глей), розчинені у воді солі (магнію і кальцію), а також корозійно-активні гази (кисень і вуглекислий газ). Нерозчинні суспензії (механічні домішки) призводять до підвищеного зносу насосів, клапанів, засміченню поверхні нагрівання котла й арматури. Очищення води від механічних домішок здійснюють відстоюванням або фільтруванням. В останньому випадку воду пропускають через шар дрібного гравію, кварцу, мармурової крихти або антрациту.

Солі, відкладаючись на поверхнях нагрівання, утворюють шар накипу, що різко погіршує теплопередачу від газів до води, тому що теплопровідність накипу в 20-30 разів менш ніж теплопровідність металу. Наслідком цього є зниження економічності котла через підвищення температури димових газів і металевих стінок, що призводить до більш швидкого їхнього прогару. Видалення солей з води (пом'якшення води) проводиться різними методами - до надходження води в котел і в самому котлі. Докотлова обробка води з метою видалення накипоутворювачів здійснюється хімічним методом: за рахунок її хімічної сполуки з гашеним вапном, каустичною або кальцинованою содою або пропусканням твердої води через іоно- обмінники, заповнені катіонітовою смолою. У цьому способі, що одержав широке застосування, відбувається обмін іонів кальцію і магнію, що є головними накипоутворювачами, на іони натрію або водню.

Оскільки в процесі пароутворення концентрація солей у воді, що знаходиться усередині котла, збільшується, то для їхнього видалення здійснюється продувка, при якій з барабана котла виводиться частина води з великою концентрацією солей.

Розчинені у воді гази викликають корозію поверхні нагрівання і, крім того, виділяючись під час нагрівання води, накопичуються на поверхні нагрівання і так само, як і солі, істотно погіршують теплопередачу від димових газів до води. Розчинені гази видаляють у деаераторах під час нагрівання води. Унаслідок погіршення розчинності газів відбувається їхня десорбція (перехід з рідкої водної фази в газову).

Пилоприготування виконується в котлових установках, що працюють на твердому паливі й укомплектовані камерними топками (стадії сушіння, розмелу і пневмотранспортування пилу до пальників).

Тягодуттєві пристрої застосовуються в котлових установках для подачі повітря в топку і видалення димових газів. Для цього використовують відцентрові (дутгєві) вентилятори. їх підбирають за витратою повітря, потрібного для горіння палива, і сумарним гідравлічним опором повітряного тракту, що складається з гідрав­лічних опорів повітропроводів, повітропідігрівника і пальникових при­строїв. Очищення димових газів від твердих (зола) і газоподібних (оксиди сірки й азоту) шкідливих речовин - важлива екологічна проблема. У результаті спалювання органічного палива щорічно у світі викидається в атмосферу близько 100 млн т золи і близько 150 млн т двоокису сірки. Для уловлювання золи використовують механічні (сухі і мокрі) золоуловлювачі циклонного типу, що мають ступінь очищення 80-90%, а також електрофільтри, що забезпечують підвищення ступеня очищення до 95-99%. Для зменшення викидів в атмосферу оксидів сірки застосовується попереднє очищення палива від сірки, а для зменшення викидів оксиду азоту - вибір раціональних режимів горіння.

Зола, уловлена з димових газів, і шлак, що випав у топці, видаляються потоком води по каналах - у вигляді пульпи (суспензії твердих часток у воді) за допомогою спеціальних багерних насосів.