7.2. Назначение и классификация котельных агрегатов

Как уже отмечалось, котельным агрегатом называется энергетическое устройство для получения пара заданного давления и температуры и в заданном количестве (p, МПа; t, °С; D, т/ч). Часто это устройство называют парогенератором, ибо в нем происходит генерация пара, или просто паровым котлом. Если конечным продуктом является горячая вода заданных параметров (давления и температуры), используемая в промышленных технологических процессах и для целей отопления промышленных, общественных и жилых зданий, то устройство называют водогрейным котлом. Таким образом, все котлоагрегаты можно подразделить на два основных класса: паровые и водогрейные.

По характеру движения воды, пароводяной смеси и пара паровые котлы подразделяются (рис. 7.2):

1) на барабанные с естественной циркуляцией;

2) барабанные с многократной принудительной циркуляцией;

3) прямоточные.

Рис. 7.2. Схемы генерации пара в паровых котлах:

а - естественная циркуляция; б - многократная принудительная

циркуляция; в - прямоточная схема; Б - барабан; ИСП - испарительные

поверхности; ПЕ - пароперегреватель; ЭК - водяной экономайзер;

D - расход пара; D_{п. в} - расход питательной воды; ПН - питательный

насос; ЦН - циркуляционный насос; НК - нижний коллектор;

Q - подвод тепла; ОП - опускные трубы; ПОД - подъемные трубы

В барабанных котлах с естественной циркуляцией (рис. 7.3) вследствие разности плотностей пароводяной смеси в экранных (подъемных) трубах 2 и жидкости в водоопускных трубах 4 будет происходить движение пароводяной смеси в левом ряду - вверх, а воды в правом ряду - вниз.

Отношение количества воды, проходящей через контур, к паропроизводительности контура D за тот же промежуток времени называется кратностью циркуляции Кц. Для котлов с естественной циркуляцией Кц колеблется в пределах от 10 до 60.

Разность весов двух столбов жидкостей (воды в опускных и пароводяной смеси в подъемных трубах) создает движущий напор циркуляции воды в трубах котла, равный, Н/м²,

Δp = gh (ρ_в – ρ_см), (7.1)

где ρ_в и ρ_см - плотность (объемная масса) воды и пароводяной смеси, кг/м³;

h - высота контура, м.

Движущий напор циркуляции расходуется на преодоление сопротивления движению по трубам воды и пароводяной смеси, а также на сообщение ускорения пароводяной смеси в связи с ростом объема жидкости, происходящим при парообразовании в подъемных трубах.

Рис. 7.3. Схема естественной циркуляции воды в котле:

1 - нижний коллектор; 2 - экранные трубы;

3 - барабан котла; 4 - водоопускные трубы

В котлах с принудительной циркуляцией движение воды и пароводяной смеси (см. рис. 7.2, б) осуществляется принудительно с помощью циркуляционного насоса ЦН, движущий напор которого рассчитан на преодоление сопротивления всей системы.

В прямоточных котлах (см. рис. 7.2, в) нет циркуляционного контура, нет многократной циркуляции воды, отсутствует барабан, вода прокачивается питательным насосом ПН через экономайзер ЭК, испарительные поверхности ИСП и пароперегреватель ПЕ, включенные последовательно. Следует отметить, что прямоточные котлы используют воду более высокого качества. Вся вода, поступающая в испарительный тракт ИСП, на выходе из него полностью превращается в пар, т.е. в этом случае кратность циркуляции К_ц = 1.

Паровой котельный агрегат (парогенератор) характеризуется паропроизводительностью, давлением и температурой производимого пара, а также температурой питательной воды. Эти параметры в России регламентируются.

Паропроизводительность парогенератора выражают в т/ч или кг/с. Поскольку парогенератор предназначен для превращения тепла, заключенного в топливе, в потенциальную энергию пара, он представляет собой разновидность преобразователя энергии, а потому его можно характеризовать также по мощности, выражаемой в кВт или в МВт.

По паропроизводительности различают котлы малой, (до 20—25 т/ч), средней (от 35—50 до 160—220 т/ч) и большой паропроизводительности (от 220 - 250 т/ч и выше).

Давление производимого в котле пара выражают в кН/м² и МН/м².

По давлению производимого пара различают котлы: низкого (до 13,7 МН/м²), среднего (2,35 и 3,92 МН/м²), высокого (9,81 и 13,7 МН/м²) и закритического давления (25,1 МН/м²). Граница, отделяющая котлы низкого давления от котлов среднего давления, условна.

В котельных агрегатах производят либо насыщенный пар, либо пар, перегретый до различной температуры, величина которой зависит от его давления. В настоящее время в котлах высокого давления температура пара не превышает 540 - 570°С. Температура питательной воды в зависимости от давления пара в котле колеблется от 50 до 260°С.

Водогрейные котлы характеризуют по их теплопроизводительности (кВт или МВт, в системе МКГСС - Гкал/ч), температуре и давлению подогретой воды, а также по роду металла, из которого изготовлен котел.

По роду металла различают чугунные и стальные водогрейные котлы. Первые предназначают для отопления отдельных зданий и выполняют на небольшие теплопроизводительности, не превышающие 1,2 - 1,6 МВт, для подогрева воды с давлением не выше 300 - 400 кН/м² до температуры 115°С. Вторые выполняют на большие теплопроизводительности (от 4,75 до 210 МВт) и устанавливают в крупных квартальных и районных котельных для теплоснабжения больших жилых массивов. Кроме того, водогрейные котлы теплопроизводительностью 35 МВт и выше устанавливают также на ТЭЦ взамен пиковых подогревателей сетевой воды.