Принцип работы жаротрубных котлов:

Обратная вода из тепловой сети циркуляционным насосом подается через входной патрубок в пространство между трубными досками задней части котла на газе и жидком топливе и нагревается, омывая участок трубного пучка (дымогарных трубок) и торцевую стенку топки. Далее вода по внутренней перемычке попадает в основной объем котла, омывает жаровую трубу и дымогарные трубки конвективного пучка, нагревается до заданной температуры и отводится в систему теплоснабжения через патрубок, расположенный в передней верхней части котла. Процесс горения происходит в топочной камере (жаровой трубе) газового котла или котла на жидком топливе. Движение дымовых газов в топке реверсное. Продукты сгорания, отдав часть тепла в топочной камере, разворачиваются, возвращаются к дверце и, проходя по дымогарным трубкам конвективного пучка, отдают основную часть тепла. Для интенсификации процесса теплообмена в дымогарных трубках установлены завихрители. Далее дымовые газы собираются во внутренней полости задней крышки и удаляются из газового котла или котла на жидком топливе через газоход в дымовую трубу котельной.

Технические характеристики котлов на газе и жидком топливе:

Наименование параметра	Ед. изм.	Типоразмер котла
		ЖК-0,1	ЖК-0,25	ЖК-0,4	ЖК-0,63	ЖК-0,8	ЖК-1,0	ЖК-1,6	ЖК-2,0
Номинальная теплопроизводительность:	МВт (Гкал/ч)	0,1 (0,086)	0,25 (0,215)	0,4 (0,34)	0,63 (0,54)	0,8 (0,69)	1,0 (0,86)	1,6 (1,38)	2,0 (1,72)
КПД котла на газе и жидком топливе, не менее	%	92	92	92	92	92	92	92	92
Поверхность нагрева	м2	4,95	9,78	16	23,1	30,8	36,1	58,6	67,6
Температура воды на выходе, не более	°C	95/115	95/115	95/115	95/115	95/115	95/115	95/115	95/115
Температура воды на входе, не менее	°C	70	70	70	70	70	70	70	70
Температура уходящих газов за котлом, не более	°C	160	160	160	160	160	160	160	160
Рабочее давление воды, не более	МПа (кгс/см2)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)
Минимальное давление воды в котле при температуре горячей воды 95°С	МПа (кгс/см2)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)	0,15 (1,5)
Расход воды через котел при температуре горячей воды 95°С	т/ч	3,44	8,6	13,8	21,7	27,6	34,5	55	69
Гидравлическое сопротивление котла при номинальном расходе воды, не более	кПа	8-10	8-10	8-10	8-10	8-10	8-10	8-10	8-10
Водяной объем жаротрубного котла	м3	0,25	0,377	1,01	1,3	1,534	1,53	3,38	3,21
Аэродинамическое сопротивление, не более	кПа	0,1	0,12	0,2	0,2	0,4	0,4	0,6	0,6
Расход газа при теплоте сгорания 8200 ккал	м3/час	11,4	28,5	45,6	71,8	91,2	114	182,4	228
Присоединительные размеры котла: — трубопроводы на входе и выходе котла — газоход	Dу мм	50  200	65  200	100  400	100  400	100  400	100  400	150  550	150  550
Габаритные размеры жаротрубного котла (длина х ширина х высота)	мм	1546х 905х 1060	2190х 1020х 1161	2580х 1310х 1494	2784х 1505х 1725	2884х 1555х 1745	3064х 1605х 1795	3760х 1815х 2030	3864х 1815х 2030
Габариты жаровой трубы — длина — диаметр	мм	840 420	1500 500	1800 700	2000 900	2000 900	2200 1000	2950 1000	2950 1000
Масса котла на газе и жидком топливе	кг	560	940	1540	2150	2450	2830	4400	5100

. Топливоснабжение

4.1. Газоснабжение

Схема газоснабжения котельной, приведенная на рис. 4.1, может применяться для систем газоснабжения как низкого, так и среднего давления газа, но только после газорегуляторного пункта (ГРП). Если система газоснабжения котельной предусматривает устройство газорегуляторной установки (ГРУ), то она монтируется в схему между отключающим устройством 2 и пунктом измерения расхода газа 7.

Выбор схемы обвязочных газопроводов котлов зависит от их числа, мощности, горелочных устройств, вида отключающих устройств, типа автоматики.

На рис. 4.2 приведена схема газопроводов для котлов, оборудованных горелками с принудительной подачей воздуха и отключающими устройствами-задвижками [9].

На ответвлении от газопровода котла установлена общая задвижка 2 для отключения подачи газа при останове и аварийном положении. Далее расположен клапан-отсекатель 3, являющийся исполнительным органом автоматики безопасности. После клапана-отсекателя устанавливается поворотная заслонка 4, являющаяся исполнительным органом автоматики регулирования. К газовому коллектору 5 через штуцер при помощи шланга подключен ручной запальник 7 для розжига горелок. В конце коллектора находится продувочный газопровод 8 и штуцер с краном 9 для проверки качества продувки.

Схема приведена для варианта с двумя горелками. К каждой горелке подходят ответвления газопровода, на которых установлены две задвижки: первая по ходу газа - контрольная 10, вторая - рабочая 12. Контрольная работает в режиме «открыто-закрыто». Рабочая обеспечивает ручной розжиг и вывод горелки на рабочий режим, а также обеспечивает регулирование расхода при неработающей автоматике. Газопровод между контрольной и рабочей задвижками соединен с трубопроводом безопасности 6, предназначенным для предотвращения попадания горючего газа в топку при остановах, пусках и нерабочем состоянии котла. Трубопровод безопасности выведен наружу выше карниза крыш. При неработающей горелке кран на трубопроводе всегда открыт. Воздух на горелки подается вентилятором 16 по воздуховодам 14. На общем воздуховоде установлена поворотная задвижка 15, являющаяся исполнительным органом автоматики горения. Перед горелками имеется шибер (заслонка) 13 для регулирования подачи воздуха при розжиге горелки и отключения неработающей горелки. Перед каждой горелкой для оперативного контроля установлены манометры 17,18.

В зависимости от типа котла, его горелок, вида автоматики и количества зон регулирования, типа отключающих устройств, давления газа должны разрабатываться свои индивидуальные схемы обвязки.

Рис. 4.1. Схема газопроводов котельной:

1 – футляр; 2 – общая отключающая задвижка; 3 – манометр; 4 – байпас счетчика; 5 – термометр; 6 – фильтр; 7 – газовый ротационный счетчик; 8 – угольник; 9 – газовый коллектор котельной; 10 – отключающее устройство на ответвление к котельной; 11 – продувочный газопровод; 12 – штуцер с краном для взятия проб

Рис. 4.2. Схема обвязочных газопроводов:

1 – газопровод котельной; 2 – общая задвижка; 3 – клапан -отсекатель; 4,15 – поворотные заслонки; 5 – газовый коллектор; 6 – трубопровод безопасности; 7 – переносный запальник; 8 – продувочный газопровод; 9 – кран с пробкой для взятия проб на качество продувки; 10 – контрольная задвижка; 11 – штуцер с пробкой для проверки плотности задвижек; 12 – задвижки; 13 – шибер; 14 – воздухопровод; 16 – вентилятор; 17,18 – манометры; 19 – горелка с принудительной подачей воздуха; 20 – резиновотканный шланг; 21 - тягонапоромер

Газорегуляторные пункты (ГРП) и установки (ГРУ)

Назначение и схемы ГРП (ГРУ)

Оборудование и параметры его настройки

Основное назначение ГРП (ГРУ) - снижение (дросселирование) входного давления газа до заданного выходного и поддержание последнего в контролируемой точке газопровода постоянным (в заданных пределах) независимо от изменения входного давления и расхода газа. Кроме того, в ГРП (ГРУ) осуществляются очистка газа от механических примесей; контроль входного и выходного давления и температуры газа; прекращение подачи газа в случае повышения или понижения давления газа в контролируемой точке газопровода за допустимые пределы; измерение расхода газа (если отсутствует специально выделенный пункт учета расхода).

В зависимости от давления газа на вводе ГРП (ГРУ) бывают среднего (более 0,05 до 3 кгс/см²) и высокого (более 3 до 12 кгс/см²) давления. В соответствии с назначением в ГРП (ГРУ) размещают следующее оборудование:

• регулятор давления, автоматически понижающий давление газа и поддерживающий его в контролируемой точке на заданном уровне (далее - регулятор);

• предохранительный запорный клапан (ПЗК), автоматически прекращающий подачу газа при повышении или понижении его давления сверх заданных пределов. Устанавливают перед регулятором по ходу газа;

• предохранительное сбросное устройство (ПСУ), сбрасывающее излишки газа из газопровода за регулятором в атмосферу, чтобы давление газа в контролируемой точке не превысило заданного. ПСУ подключают к выходному газопроводу, при наличии расходомера – за ним. В шкафных ГРП допускается вынос ПСУ за пределы шкафа;

• фильтр для очистки газа от механических примесей. Устанавливают перед ПЗК. Фильтр можно не устанавливать в ГРУ, расположенной на расстоянии не более 1000 м от ГРП или централизованного пункта очистки газа предприятия;

• обводной газопровод (байпас) с последовательно расположенными запорным (первым по ходу газа) и запорно-регулирующим устройствами для подачи через него газа на время ревизии и ремонта, а также аварийного состояния оборудования линии редуцирования. Диаметр байпаса должен быть не меньше диаметра седла регулятора;

• средства измерений: давления газа перед регулятором и за ним – манометры показывающие и самопишущие; перепада давления на фильтре – дифманометр; температуры газа – термометры показывающий и самопишущий. В шкафных ГРП допускается не устанавливать регистрирующие приборы, а в ГРП (ГРУ), в которых не производится учет расхода газа, - регистрирующий прибор для измерения температуры;

• импульсные трубки для соединения регулятора, ПЗК, ПСУ и средств измерений с теми точками на газопроводах, в которых контролируется давление газа;

• сбросные и продувочные трубопроводы для сбрасывания газа в атмосферу от ПСУ и продувки газопроводов и оборудования. Продувочные трубопроводы размещают на входном газопроводе за первым запорным устройством, на байпасе между двумя запорными устройствами, на участках с оборудованием, отключаемым для профилактического осмотра и ремонта;

• запорные устройства. Число и расположение запорных устройств должны обеспечить возможность отключения ГРП (ГРУ), а также оборудования и средств измерений для их ревизии и ремонта без прекращения подачи газа.

В ГРП (ГРУ) котельной, имеющей тупиковую схему газоснабжения, основное технологическое оборудование настраивают исходя из следующих условий.

Регулятор должен поддерживать в контролируемой точке давление Р_н = Р_г + ΔР , где Р_г - давление газа перед горелками котла, ΔР - потери давления газа на участке газопровода от точки подключения манометра перед наиболее удаленной от ГРП (ГРУ) горелкой до контролируемой точки при максимальном расчетном расходе газа.

ПЗК настраивают на срабатывание при возрастании давления в контролируемой точке до Р_в = 1,25 Р_н. При этом Р_в не должно превышать максимально допустимого давления перед горелками, обеспечивающего их устойчивую (без отрыва пламени) работу.

ПЗК настраивают на срабатывание при понижении давления до значения Р_с, обеспечивая (с учетом потерь ΔР) давление перед горелкой на 20-30 кгс/м² (низкое давление) или 200-300 кгс/м² (среднее давление) больше того, при котором могут погаснуть горелки или произойти проскок пламени [9].

ПСУ настраивают на полное срабатывание при повышении давления в контролируемой точке до Р_п = 1,15 Р_н.

Схемы ГРП (ГРУ)

Число линий редуцирования в ГРП зависит от расчетного расхода газа и режима его потребления. При наличии двух и более линий байпас обычно не монтируют, а во время ремонта или осмотра одной из них газ поступает через другие линии. В ГРП с входным давлением более 6 кгс/см² и пропускной способностью более 5000 м³/ч устройство резервной линии редуцирования вместо байпаса обязательно. В ГРУ входное давление газа не должно превышать 6 кгс/см² , а линий редуцирования не должно быть более двух.

ГРП (ГРУ) могут быть одно- или двухступенчатыми. В одноступенчатых входное давление газа редуцируют до выходного в одном регуляторе, в двухступенчатом – двумя последовательно установленными регуляторами. При этом регулятор первой ступени компонуют с фильтром и ПЗК, регулятор второй ступени фильтра может не иметь. Одноступенчатые схемы обычно применяют при разности между входным и выходным давлением до 6 кгс/см²; при большем перепаде предпочтительнее схемы двухступенчатые.

Принципиальная схема ГРП (ГРУ), оборудованного регулятором давления типа РДУК и двумя ротационными счетчиками, показана на рис. 4.3,а [9]. На входе газопровода установлено общее запорное устройство 1. Для продувки газопроводов газом до ГРП предусмотрен трубопровод 2, а пробы для контроля окончания продувки отбирают через штуцер 3. Давление газа на входе определяют по манометру 28, при необходимости его регистрации дополнительно устанавливают самопишущий манометр (на рисунке не показан). Для включения и отключении основного оборудования - фильтра 5, ПЗК 6 и регулятора давления 7 - служат запорные устройства 4 и 9. На обводном газопроводе (байпасе) последовательно расположены два запорно-регулирующих устройства 27 и 25, к участку между которыми подключают манометр 26. При необходи-

мости работы на байпасе устройство 27 является как бы первой ступенью регулирования, на которой входное давление грубо снижается до близкого к выходному, а устройство 25 служит для точного поддержания заданного выходного давления.

Перепад давления на фильтре определяют с помощью дифманометра 33 (рис.4.3,б) или, если давление на входе в ГРП не превышает 2,5 кгс/см², по пружинному манометру 29 с ценой деления не более 0,05 кгс/см².

В схеме предусмотрен специальный патрубок 8 (D_у= 40– 50 мм), к которому присоединяют импульсные трубки к ПКЗ, регулятору и КИП – показывающему 24 и регистрирующему 23 манометрам, контролирующим давление газа за регулятором. Патрубок 8 увеличивает объем застойной зоны и повышает устойчивость работы регулятора и ПЗК, несколько сглаживая колебания давления, происходящие при изменении тепловой нагрузки агрегатов. При использовании регуляторов типа РДУК сбросный трубопровод из подмембранной полости и трубку к надмембранной полости также подсоединяют к патрубку 8. Кроме того, расположение в одном месте всех кранов импульсных трубок более удобно. Следует, однако, отметить, что многолетний опыт эксплуатации ГРУ (ГРП) с различными типами регуляторов показал, что можно добиться достаточно устойчивой их работы при подключении импульсной трубки непосредственно к обводной линии. Отключение и включение счетчиков 19 производят задвижками 11 и 20. При необходимости работы без счетчиков (ревизия, ремонт) открывают задвижку 18, которая нормально должна быть оплом­бирована в закрытом положении. Перед счетчиком устанавливают фильтр-ревизию 21, а после него специальное поворотное колено 10. Запись температуры газа перед счетчиками производится самопишущим термометром 22.

Основное оборудование (регулятор и ПЗК) можно настроить без подачи газа к тепловым потребителям, если создать небольшой расход газа через продувочный трубопровод 16, открывая кран 17.

Сброс газа в атмосферу при повышении его давления сверх заданного в газопроводе за регулятором осуществляется сбросным клапаном 15. Для периодической проверки настройки сбросного клапана, не имеющего для этого специального устройства, на от­ветвлении газопровода к клапану устанавливают запорное уст­ройство 13, которое в процессе эксплуатации пломбируется в от­крытом состоянии. На участке между запорным устройством и ПСК предусмотрен штуцер 14 со съемной пробкой на резьбе, к которому во время проверки подсоединяют контрольный мано­метр и при закрытом устройстве 13 производят закачку воздуха. Срабатывание ПСК определяют по шуму выходящего воздуха.

Для ГРП, расположенных в отдельно стоящих зданиях или в пристройках к производственным помещениям и предназначен­ных для снабжения нескольких котельных и цехов, целесообразна установка общего запорного устройства 12 на выходе газопровода из ГРП (на рис. 4.3,а показано штрихом). В этом случае подклю­чение трубопровода 16 для настройки оборудования и продувки газопроводов ГРП следует осуществлять в точке Б (вместо точки А). Схема без патрубка 8 показана на рис. 4.3,б. Она отличается от предыдущей еще и тем, что вместо счетчиков установлена измерительная диафрагма 31 с самопишущим дифманометром-расходомером 32 и байпасной линией к ней 30, а для измерения перепада давления на фильтре — дифманометр 33. Все остальные обозначения здесь те же, что и на рис. 4.3,а.

В котельных с переменным расходом газа вместо байпаса 30 прокладывают еще одну (при необходимости две-три) линию с диафрагмой и своим дифманометром. Если режим работы котельной позволяет прекращать подачу газа на время смены диафрагмы или дифманометра, то ограничиваются только одной линией. При резко переменных (например, сезонных) расходах газа к диафрагме подключают два дифманометра с различными шкалами на соответствующие расходы. В этом случае верхний предел измерения диафрагмы меньшего расхода должен быть больше, чем нижний предел диафрагмы большего расхода.

Импульсные трубки к регуляторам, ПЗК и средствам измерений должны, как правило, иметь уклон в сторону от приборов и не иметь участков с противоположным уклоном, в которых может скопиться конденсат. При соединении импульсной трубки к горизонтальному газопроводу врезку производят выше нижней четверти диаметра этого газопровода.

Трубопроводы продувочные и от ПСУ должны выводиться наружу в места, обеспечивающие безопасное рассеивание газа, но не менее, чем на 1 м выше карниза крыши. Диаметры продувочных трубопроводов должны быть не меньше 20 мм, а сбросных - не меньше диаметра присоединительного патрубка ПСУ. Продувочные и сбросные трубопроводы должны иметь минимальное число поворотов, а также устройства, исключающие попадание в них атмосферных осадков. Допускается объединение продувочных и сбросных трубопроводов от ПСУ, если они предназначены для одинаковых давлений. Продувочные трубопроводы от шкафных ГРП, устанавливаемых на опорах, выводят на высоту не менее 4 м от уровня земли, а при установке шкафных ГРП на стенах зданий - на 1 м выше карниза здания.

Для перевода ГРП (ГРУ) на работу через байпас после предупреждения об этом дежурных операторов следует:

• осторожно вывести из зацепления ударник ПЗК и закрыть кран на его импульсной трубке;

• медленно и осторожно, следя за показаниями манометра, приоткрывать запорное, затем запорно-регулирующее устройства на байпасе, до тех пор пока выходное давление не станет на 20-30 кгс/м² выше установленного режима (при среднем давлении на 0,03-0,04 кгс/см²). Открытие запорно-регулирующего устройства на байпасе позволяет увеличить поступление газа в систему. Если при этом отбор газа не меняется, то плунжер регулятора начинает прикрывать седло, что ведет к уменьшению расхода газа через регулятор. Следовательно, установившееся выходное давление, несколько превышающее давление, которое поддерживалось при работе редуцирующей линии, означает, что седло регулятора полностью перекрыто и подача газа потребителям уже осуществляется только через байпас;

• медленно закрыть запорное устройство перед регулятором, следя за показаниями манометра. Если выходное давление снижается, то следует больше приоткрыть запорно-регулирующее устройство на байпасе, с тем чтобы давление поддерживалось постоянным. Если регулятор имеет пилот, то сначала медленно вывертывают до отказа регулировочный винт пилота (против часовой стрелки), а затем закрывают запорное устройство перед регулятором;

• немного прикрыть запорно-регулирующее устройство на байпасе, с тем чтобы установилось заданное выходное давление за счет уменьшения его на 20-30 кгс/м² (при среднем давлении 0,03-0,04 кгс/см²);

• разъединить защелку ПЗК и, придерживая рычаг, опустить его плунжер;

• закрыть запорное устройство за регулятором.

Для перевода ГРП (ГРУ) с байпаса на работу через регулятор следует:

• проверить настройку ПЗК и поднять его запорный плунжер;

• убедиться в исправности регулятора и открытии кранов на импульсных трубках (регулировочный винт пилота регулятора должен быть вывернут);

• открыть запорное устройство за регулятором;

• снизить выходное давление на 20-30 кгс/м² ниже заданного (при среднем давлении на 0,03-0,04 кгс/см²), медленно прикрывая запорно-регулирующее устройство на байпасе;

• очень медленно открыть запорное устройство перед регулятором, наблюдая за показаниями манометра выходного давления;

• восстановить заданное выходное давление газа ввертыванием регулировочной пружины регулятора или его пилота (при наличии грузового регулятора - наложением соответствующих грузов);

• медленно закрыть запорно-регулирующее, а затем запорное устройства на байпасе;

• убедиться, что регулятор работает устойчиво, открыть кран на импульсной трубке ПЗК и произвести зацепление ударника.

Если ГРП имеет две и более редуцирующие линии для питания газом единой системы газоснабжения, то целесообразно:

• на вводе в ГРП иметь общее запорное устройство, показывающий и самопишущий манометры. На отводах к каждой из технологических линий установка манометров не требуется;

• общий выходной газопровод оборудовать показывающим и самопишущим манометрами, а на редуцирующих линиях за регуляторами достаточно иметь только показывающие манометры, используемые при наладке оборудования;

• для обеспечения синхронной работы регуляторов и создания условий, повышающих их устойчивость, использовать один пилот для управления несколькими регулирующими клапанами. В этом случае схему можно компоновать так, чтобы один из пилотов работал, а остальные, установленные на регуляторах, являлись резервными и включались при ремонте первого или настраивались на другое выходное давление. В последнем случае можно при переключении с одного пилота на другой с помощью электромагнитных клапанов дистанционно менять выходное давление ГРП.

Например, при использовании регуляторов РДУК2 (рис. 4.4) надмембранные полости всех регулирующих клапанов (КР) соединяют трубопроводом АБ (D_у = 32 мм), а подмембранные полости - трубопроводом ВГ (D_у = 15-20 мм). Краны, отключающие эти полости, открыты, если соответствующие КР находятся в работе, и закрыты, если КР отключены. У регулирующих клапанов 7 и 11 имеются пилоты 8 и 12, у регулирующего клапана 1 штуцер 2 для подсоединения пилота заглушен.

Когда все три технологические линии работают, управляет всеми регулирующими клапанами пилот 12, а пилот 8 - в резерве. В этом случае кран 14 закрыт, кран 13 открыт. Газ входного давления из клапана 11 поступает в пилот 12, где дросселируется под воздействием импульса выходного давления и подается под мембранную полость клапана через дроссель Д1, а излишек газа сбрасывается в импульсную линию через дроссель Д2. Измерение выходного давления ведет к перемещению мембраны и регулирующего плунжера в КР 11. Одновременно переместятся мембраны и плунжеры других регулирующих клапанов, под- и надмембранные полости которых соединены с соответствующими полостями КР 11. Если закрыть кран 13 и открыть кран 14, то в работу вместо пилота 12 вступит пилот 8. При замене кранов 13 и 14 электромагнитными вентилями и настройке пилотов на различное выходное давление появляется возможность дистанционного изменения режима работы ГРП.