Введение

В связи с медленным, но верным исчерпанием ресурсов основных энергоносителей, в первую очередь, нефти и газа, а также ограниченностью перспектив развития гидро- и атомной энергетики, во многих странах мира ведутся исследования по расширению использования альтернативных энергоносителей — торфа, горючих сланцев, битумов, нетрадиционных газов, энергии тепла земли, солнца, ветра, океана, биосинтеза и др. В ряде стран в этом направлении достигнуты определенные успехи: из угольных пластов добывается метан, работают солнечные, ветровые и гидротермальные электростанции, из отходов вырабатывается биогаз, из биомассы получают моторное топливо и т.д.

Одной из фундаментальных проблем, стоящих перед человечеством, является энергетическая проблема. В настоящее время основными источниками энергии являются уголь, нефть и газ. Их прогнозные ресурсы оцениваются, соответственно, в 15 трлн т, 500 млрд т и 400 трлн м³, при разведанных запасах 1685 млрд т, 137 млрд т и 140 трлн м³.

При современном (2000 г.) уровне добычи разведанных запасов угля хватит на 400 лет, нефти на 42 года и газа на 61 год. Естественно, что со временем часть прогнозных ресурсов также будет освоена, но стоимость их добычи будет постоянно расти.

К началу XX века более половины в топливно- энергетическом балансе (ТЭБ) мира приходилась на долю ископаемого угля, а на долю нефти и газа — всего первые проценты. К концу XX века две трети ТЭБа обеспечивались за счет нефти и газа и менее трети — за счет угля. В перспективе ожидается снижение роли нефти, стабилизация — природного газа и рост доли угля. Надеяться на увеличение в ТЭБе роли гидроэнергии, по ряду причин, не приходится. Что касается роли атомной энергетики, то, несмотря на известные негативные моменты, использование ее в энергетике будет расти. Правда, по некоторым оценкам, к 2020 году доля атомной энергии может снизиться до 5%, а гидроэнергии - до 2%.

Во многих странах в производстве электроэнергии и тепла особенно велика роль ископаемого угля (%): Польша — 96, ЮАР — 90, Австралия − 84, Китай − 80, Чехия − 71, США − 56, Дания — 52, Германия — 51, России – 18.

Учитывая постоянную сработку запасов традиционных энергоносителей — угля, нефти и газа, залегающих в благоприятных условиях, неуклонный рост цен на их добычу, в мире в достаточно крупных масштабах ведутся исследования для оценки ресурсов альтернативных энергоносителей и перспектив их использования.

Предполагается неуклонный рост использования альтернативных энергоносителей. Весьма оптимистичен прогноз Международного энергетического совета (МИРЭС) в работе "Энергетика Для завтрашнего мира — время действовать". По этим данным к 2050 г. доля возобновляемых источников энергии составит четверть или треть всех потребляемых энергоресурсов.

К альтернативным энергоносителям нами отнесены торф, горючие сланцы, природные битумы, газы угленосных отложений, водорастворенные газы, нефть и газ в породах с низкой проницаемостью, гидраты углеводородных газов, геотермальная энергия, энергия солнца, ветра, океана, биоэнергия, энергия малых рек, водородная энергия, энергия силикатов, топливные элементы и вторичные энергоресурсы.

Торф и сланцы отнесены к альтернативным энергоносителям в достаточной степени условно, хотя торф, сегодня применяемый в основном в сельском хозяйстве, вновь в возрастающих объемах начинает использоваться в энергетике, а горючие сланцы нигде, кроме Эстонии, не являются основным энергоносителем.

Ресурсы возобновляемых источников энергии — энергия внутреннего тепла земли, солнца, ветра, океана, биоэнергия — огромны.

Теоретический запас энергии Солнца намного превышает все остальные виды энергии.

Главным недостатком этих энергетических источников является непостоянство их действия - ночью, в пасмурную погоду (солнце), безветрие, штиль (ветер) и т.д. Поэтому, по мнению специалистов, по своей природе сегодня они могут рассматриваться только как источники для обеспечения локальных потребителей и улучшения экологической обстановки в местах их расположения.

Велики перспективы использования энергии биосинтеза, производства биогаза, моторного топлива и спирта из биомассы. В ряде стран (США) для сжигания выращивают быстрорастущие "супердеревья", которые в отличие от обычных дров можно относить к альтернативным энергоносителям.

Возрождается строительство малых ГЭС для производства электроэнергии для местных нужд. Перспективно применение топливных элементов и водорода в качестве источников экологически чистой энергии.

Объем использования возобновляемых источников энергии постоянно растет, значительные средства расходуются на разработку новых технологий и технических средств их применения. Этому способствует экологическая чистота использования геотермальных, солнечных, ветровых, приливных и других электростанций по сравнению с тепловыми станциями.

Правда, сооружение СЭС и ВЭС влечет за собой изъятие довольно значительных земельных угодий, но по остальным экологическим показателям они вне конкуренции.

Следует отметить, что КПД большинства энергетических установок с использованием возобновляемых источников энергии обычно ниже КПД применения угля или газа.

При анализе обеспеченности стран источниками энергии необходимо учитывать климатические условия этих стран.

Выводы.

В XXI веке основными энергоносителями останутся уголь, нефть и газ, при росте роли угля, снижении — нефти и стабилизации роли газа. Ресурсы угля на порядок превышают ресурсы нефти и природного газа, а цена угля (в условном топливе) в мире в два раза ниже, чем природного газа.

Из альтернативных энергоносителей в перспективе возрастет добыча и использование торфа, высоковязких нефтей, битумов, водо- растворенных и угольных газов, а также энергии внутреннего тепла Земли, Солнца, ветра, океана, малых ГЭС, гидроаккумулирующих станций, энергии биосинтеза, водорода, топливных элементов и вторичных энергоресурсов. Стоимость получения энергии за счет альтернативных энергоносителей пока выше, чем за счет традиционного сырья, но разница будет постепенно сокращаться. В некоторых странах в районах, удаленных от баз основных энергоносителей и в труднодоступных и малообжитых районах, использование альтернативных энергоносителей оправдано уже сегодня.

1. Принципиальное устройство котла

Паровой котел ДЕ-6,5-14ГМ предназначен для выработки насыщенного пара, используемого для технологических нужд промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Котел двухбарабанный вертикально-водотрубный выполнен по конструктивной схеме «Д», характерной особенностью которой является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной камеры.

Основными составными частями котла являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок и образующие топочную камеру левый топочный экран (газоплотная перегородка), правый топочный экран, трубы экранирования фронтовой стенки топки и задний экран.

Во всех типоразмерах котлов внутренний диаметр верхнего и нижнего барабанов 1000 мм. Длина цилиндрической части барабанов увеличивается с повышением паропроизводительности котлов, для котла ДЕ 6,5-14ГМ она составляет 2420 мм.

Барабаны изготавливаются из стали 16 ГС ГОСТ 5520-69 и имеют толщину стенки 13 мм для котлов с рабочим абсолютным давлением 1,4 МПа.

Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах барабанов имеются лазы.

Конвективный пучок образован коридорно расположенными вертикальными трубами диаметром 51×2,5 мм, присоединенными к верхнему и нижнему барабанам.

Длина конвективного пучка – по всей длине цилиндрической части барабанов.

Шаг труб конвективного пучка вдоль барабанов 90 мм, поперечный – 110 мм (кроме среднего, расположенного по оси барабанов шага, равного 120 мм). Трубы наружного ряда конвективного пучка устанавливаются с продольным шагом 55 мм; на вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда отверстий.

Конвективный пучок от топочной камеры отделен газоплотной перегородкой (левым топочным экраном), в задней части которой имеется окно для входа газов в пучок.

Трубы газоплотной перегородки, правого бокового экрана, образующего также под и потолок топочной камеры, и трубы экранирования фронтовой стенки вводятся непосредственно в верхний и нижний барабаны.

Трубы правого топочного экрана диаметром 51×2,5 мм устанавливаются с продольным шагом 55 мм; на вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда отверстий.

Трубы экранирования фронтовой стенки выполняются из труб диаметром 51×2,5 мм.

Газоплотная перегородка выполняется из труб диаметром 51×4 мм, установленных с шагом 55 мм. На вводе в барабаны трубы разводятся в два ряда отверстий. Вертикальная часть перегородки уплотняются вваренными между трубами металлическими проставками. Участки разводки труб на входе в барабаны уплотняются приваренными к трубам металлическими пластинами и шамотобетоном.

Основная часть труб конвективного пучка и правого топочного экрана, а также трубы экранирования фронтовой стенки топки присоединяются к барабанам вальцовкой.

Трубы газоплотной перегородки, а также часть труб правого топочного экрана и наружного ряда конвективного пучка, которые устанавливаются в отверстиях, расположенных в сварных швах или околошовной зоне, привариваются к барабанам электросваркой.

На всех котлах для защиты от теплового излучения со стороны топки рециркуляционных труб и коллекторов заднего экрана в конце топочной камеры устанавливаются две трубы диаметром 51×2,5, присоединяемые к барабанам вальцовкой.

Котлы выполнены с одноступенчатой схемой испарения. Опускным звеном циркуляционных контуров котлов являются последние по ходу газов наименее обогреваемые ряды труб конвективного пучка.

В водяном пространстве верхнего барабана находятся питательная труба и направляющие щиты, в паровом объеме – сепарационные устройства.

В нижнем барабане размещаются устройство для парового прогрева воды в барабане при растопке и патрубки для спуска воды.

В качестве первичных сепарационных устройств используются установленные в верхнем барабане направляющие щиты и козырьки, обеспечивающие выдачу пароводяной смеси на уровень воды. В качестве вторичных сепарационных устройств применяются дырчатый лист и жалюзийный сепаратор.

Отбойные щиты, направляющие козырьки, жалюзийные сепараторы и дырчатые листы выполняются съемными для возможности полного контроля и ремонта вальцовочных соединений труб с барабаном.

Котлы оборудованы стационарными обдувочными аппаратами завода «Ильмарине» для очистки наружной поверхности труб конвективного пучка от отложений. Обдувочный аппарат имеет трубу с соплами, которую необходимо вращать при проведении обдувки. Наружная часть аппарата крепится к обшивке левой конвективной стенки котла, а конец обдувочной трубы поддерживается при помощи втулки, приваренной к трубе пучка. Вращение обдувочной трубы производится вручную при помощи маховика и цепи.

Для обдувки котлов используется насыщенный или перегретый пар работающих котлов при давлении не менее 0,7 МПа.

Для удаления отложений из конвективного пучка устанавливаются лючки на левой стенке котла.

У всех котлов на фронте топочной камеры имеется лаз в топку, расположенный ниже горелочного устройства, и три лючка-гляделки – два на правой боковой и один на задней стенках топочной камеры.

Котлы изготавливаются на заводе в виде единого поставочного блока, смонтированного на опорной раме и состоящего из верхнего и нижнего барабанов, трубной системы, пароперегревателя (для котлов с перегревом пара) и каркаса.

Плотное экранирование боковых стенок (относительный шаг труб S=1,08), потолка и пода топочной камеры позволяет на котлах применить легкую изоляцию толщиной 100 мм, укладываемую на слой шамотобетона толщиной 15 – 20 мм, нанесенного по сетке.

Для изоляции предусмотрены асбестовые плиты или равноценные им по теплофизическим характеристикам.

Обмуровка фронтовой стенки выполняется из огнеупорного кирпича класса А или Б, диатомового кирпича, изоляционных плит; обмуровка задней стенки – из огнеупорного шамотного кирпича и изоляционных плит.

Для уменьшения присосов снаружи изоляция покрывается металлической листовой обшивкой толщиной 2 мм, которая приваривается к обвязочному каркасу.

Опорная рама воспринимает нагрузку от элементов котла, работающих под давлением, котловой воды, а также обвязочного каркаса, натрубной изоляции и обшивки.

Нагрузка от элементов котла, работающих под давлением, и котловой воды передается на опорную раму через нижний барабан.

Для установки нижнего барабана в конструкции опорной рамы предусмотрены фронтовая и задняя поперечные балки с опорными подушками, а также опоры – две справа от барабана (со стороны топки) на поперечных балках и две слева от барабана на продольной балке две опоры.

Нижний барабан на фронте котла закрепляется неподвижно посредствам приварки барабана к подушке поперечной балки опорной рамы и неподвижными опорами. Каркас и обшивка со стороны фронта котла крепятся к нижнему барабану также неподвижно. Тепловое расширение нижнего барабана предусмотрено в сторону заднего днища, для чего задние опоры выполнены неподвижными. На заднем днище нижнего барабана устанавливается репер для контроля за перемещением барабана (котла). Установка реперов для контроля за тепловым расширением котлов в вертикальном и поперечном направлениях не требуется, так как конструкция котлов обеспечивает свободное тепловое перемещение в этих направлениях.

Каждый котел комплектуется двумя пружинными предохранительными клапанами.

На котлах без пароперегревателя оба клапана устанавливаются на верхнем барабане котла.

Предохранительные клапаны подбираются заводом изготовителем котла, поставляются комплектно с котлом и имеют свой паспорт.

Регулировка клапанов производится согласно указаниям Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.