829

41

Рис. 4.1. Схема котельной установки на газовом горючем:

1 -– заборное устройство, 2 -– фильтр, 3 – насос, 4 – отстойник, 5 – катионатор, 6 – запорный вентиль, 7 – расходомер, 8 – редуктор, 9 -–регулятор подачи газа, 10–насос, 11– горелка, 12– барабан котла, 13– топка, 14–холодная воронка, 15–коллекторы экранов, 16 –шлаковый комод, 17 – топочные экраны (подъемные трубы), 18 – водоподводящие (отпускные) трубы, 19–фестон, 20 – пароперегреватель, 21– водяной экономайзер, 22 — воздухоподогреватель, 23 — дутьевой вентилятор, 24 — воздуховод, 25 — газоочистительная установка, 26-– дымосос, 27 -– дымовая труба

По давлению вырабатываемого пара котельные агрегаты разделяются на следующие: низкого давления (0,8…1,6 МПа); среднего (2,4…4 МПа); высокого (10…14 МПа) и сверхвысокого (25…31 МПа) давления.

По схеме размещения теплоносителей котлы выполняются двух типов: газотрубные и водотрубные. В газотрубных котлах продукты сгорания перемещаются внутри жаровых или дымогарных труб, которые снаружи омываются нагреваемой водой. Более совершенными являются водотрубные паровые котлы. За счет труб, заполненных водой и пароводяной смесью и обтекаемых снаружи продуктами сгорания топлива, реализуется большая поверхность теплопередачи. Котлы относятся к горизонтально – водотрубным, если трубы расположены под углом к горизонту не более 250. Вертикально – водотрубным называют котлы, если трубы установлены вертикально или с наклоном более 250.

Котел и газоход для удаления продуктов сгорания по форме похожи на некоторые буквы русского алфавита, отсюда котлы бывают Т, Г, П – образной формы.

Каждый тип котла имеет свою специфическую маркировку. Для паровых котлов маркировка определяется ГОСТ 3619-82. Маркировку обозначают буквами и цифрами, например, Е – котел с естественной циркуляцией нагреваемого теплоносителя; Пр – принудительная циркуляция; вид горючего (Г – газ, М – мазут, К – каменный уголь). Цифра означает паропроизводительность котла в т/ч. Например, маркировка Е–35–ГМ означает: паровой котел с естественной циркуляцией, номинальной паропроизводительностью 35 т/ч, работающий на газе или мазуте.

Ряд котлов имеет заводскую (не гостовскую) маркировку. Так котел марки ДКВР обозначает: двухбарабанный котел, вертикально-водотрубный, реконструированный.

В качестве примера рассмотрим устройство типового котельного агрегата средней мощности для ТЭС. На рис.4.2 приведена схема вертикального П – образного котла с факельной топкой.

Силовую нагрузку котла воспринимает к а р к а с 5, выполненный в виде пространственной металлической (иногда железобетонной) конструкции из колон и балок. На каркас монтируется о б м у р о в к а 16 – это стены и перекрытия котельного агрегата, состоящие из кирпича или специальных плит и щитов. Обмуровка отделяет от наружного пространства топку 2 и газоходный канал 17. Так как температура продуктов сгорания в топке достигает примерно 1500 0С, а на входе в газоход – 1000 0С, то материал обмуровки должен обладать высокими теплоизоляционными свойствами. Внутренняя часть обмуровки топки, выполняемая из огнеупорных материалов, называется ф у т е р о в к о й. Г о р е л к а 3 предназначена для подготовки топливной смеси и ее воспламенения.

42

Рис. 4.2. Котельный агрегат:

1 – нижний коллектор; 2 – топка ; 3 – горелка; 4 – опускные трубы; 5 – каркас; 6 – пароотделитель; 7 – барабан; 8 – паровое пространство; 9 – экранные трубы; 10 – финкстонные трубы; 11 – задвижка; 12 – пароперегреватель; 13 – коллектор пароперегревателя; 14 – водяной экономайзер; 15 – воздухоподогреватель; 16 – обмуровка; 17 – газоходный канал

43

По о п у с к н ы м т р у б а м 4, расположенным снаружи котельного агрегата, вода поступает в коллекторы 1 э к р а н н ы х т р у б 9. Эти трубы монтируются вертикально изнутри котла, создавая защитный тепловой экран между факелом пламени и обмуровкой. Для выхода продуктов сгорания в верхней части задней стенки котла однорядный экран разводится в многорядный пачек труб 10, называемый ф е с т о н о м. В экранных трубах и фестоне вода кипит и пароводяная смесь поступает в так называемый б а р а б а н 7. Здесь пар отделяется от воды, заполняет паровое пространство

8 и далее через п а р о п е р е г р е в а т е л ь 12 поступает в паровой коллектор 13 и при помощи задвижки 11 выдается потребителю.

Продукты сгорания топлива за фестоном на своем пути в газоходе омывают два водяных э к о н о м а й з е р а 14 и два в о з д у х о п о д о- г р е в а т е л я 15. В результате теплопередачи в этих теплообменниках температура газов на выходе из газохода составляет около 170 0С.

4.2.2. Системы подачи горючего и окислителя

Сложность технологических процессов подачи топлива в топку котельного агрегата определяется в основном фазовым составом горючего.

Так при использовании угля в качестве горючего с целью повышения полноты его сгорания и упрощения конструкции топки, подача этого компонента осуществляется в мелкодисперсном состоянии. Следовательно, поступающий к котлу уголь необходимо просушить, раздробить до пылеобразного состояния и обеспечить подачу в топку.

Если в качестве горючего используется мазут, то осуществляется предварительный его подогрев для обеспечения требуемого распыла. Детально системы подачи твердых и жидких горючих рассмотрены, например, в

При использовании газообразного горючего система подачи упрощается и, что не менее важно, создается возможность автоматизации ее процесса. На рис. 4.1 система подачи газообразного горючего включат запорный вентиль 6, расходомер 7, редуктор 8, регулятор подачи газа 9.

В котельных установках в качестве окислителя используется кислород воздуха. Отсюда, системы подачи окислителя для всех составов горючих идентичны. На рис. 4.1 система подачи воздуха состоит из воздуховода 24, дутьевого вентилятора 23 и воздухоподогревателей 22.

4.2.3. Система водоснабжения котельной установки

Для нагрева в котел подается смесь, состоящая из конденсата отработанного пара и природной воды. В природной воде могут содержаться грубодисперсные вещества; механические примеси (песок, глина и пр.); коллоидные составляющие (продукты распада растительных организмов); молекулярные и монодисперсные вещества (газы: О2, СО2 , H2 S и соли: хлориды, сульфаты, силикаты, бикарбонаты, нитраты).

44

Растворенные в воде соли кальция и магния характеризуют ее жесткость. В процессе нагрева воды в котлах соли жесткости осаждаются на поверхностях нагрева в виде плотного слоя, называемого н а к и п ь ю, и рыхлого осадка – ш л а м а . Из-за низкого коэффициента теплопроводности накипи и шлама ухудшается процесс теплопередачи, что приводит к снижению экономичности котельной установки и перегреву теплопередающей стенки.

Растворимые в воде кислород и углекислый газ вызывают коррозию трубопроводов и поверхностей нагрева.

С целью получения требуемого качества воды проводится ее предварительная о б р а б о т к а, которая включает: осветление, умягчение и деаэрацию.

О с в е т л е н и е воды предназначено для удаления грубодисперсных веществ, механических примесей, коллоидных составляющих. Здесь используются фильтры разной степени очистки и отстойники. Осветление в отстойниках происходит значительно быстрее и полнее при наличии в воде специальных реактивов – к о а г у л я н т о в. Благодаря этим реактивам мелкодисперсные и коллоидные частицы укрупняются, увеличивается скорость их осаждения и они лучше задерживаются фильтрующими материалами.

Д е а э р а ц и я позволяет удалить из воды агрессивные газы. Наиболее распространенным способом деаэрации является термический способ. Он основан на свойстве О2 и СО2 снижать степень растворимости в воде при повышении ее температуры. В устройствах (по сути, в смесительных теплообменниках), называемых деаэраторами, вода разбрызгивается и нагревается паровым конденсатом, что приводит к удалению агрессивных газов.

У м я г ч е н и е воды проводят в основном методом катионного обмена. Его основой является способность нерастворимых в воде веществ – катионов (Ca+, Mg+, Cu+, Fe+) заменять свои обменные катионы на катионы солей воды в процессе ее фильтрования через слой катионита. Образовавшиеся в результате катионного обмена в воде соли не отлагаются на поверхности нагревающих стенок. Обработка воды подробно изложена в . На рис. 4.1 система подачи воды включает: 1 – заборное устройство; 2 – фильтр; 3 - насос; 4 – отстойник; 5 – катионатор; 10 – насос.

4.2.4. Система удаления продуктов сгорания топлив

На выходе из котла энтальпия продуктов сгорания еще очень высокая (температура газов около 1000 0С). При движении газов по газоходу 17 (рис. 4.2) эта энергия утилизируется вначале в пароперегревателях 12, затем в водяных экономайзерах 14 и в воздухоподогревателях 15. В целом в газоходе температура газов снижается примерно до 170 0С. С целью уменьшения выброса вредных веществ в атмосферу продукты сгорания проходят через газоочистительную установку 25 (рис. 4.1). Для улучшения так называемой

45

тяги для газов перепад давления увеличивается дымососом 26 и дымовой трубой 27.

Cистема контроля и автоматического регулирования режима работы котельной установки включает: элекрофицированную схему с мониторами, функционирующую по введенной программе, и операторов, контролирующих выполнение заданной программы.

4.3. Паровые и водогрейные котлы

4.3.1.Паровые котлы

Вряде сельскохозяйственных объектов некоторые технологические процессы (запаривание кормов, пастеризация молока, выпаривание емкостей, санитарная обработка помещений и др.) требуют незначительного количества пара. Подводить пар от удаленных котельных установок нерентабельно. Для этих целей используются котлы малой паропроизводительности.

Втаблице 4.1 приведены технические характеристики некоторых паровых котлов отечественного производства.

Таблица 4.1 – Технические характеристики отдельных паровых котлов

труба 12. Воздух подается в жаровую трубу дутьевым вентилятором 1. В качестве горючего используются керосиновый, газойлевый или соляровый дистилляты. Насосом 16 горючее подается к форсунке 2, распыливается, перемешивается с воздухом. Топливная смесь воспламеняется при помощи запального устройства 15. Вода насосом прогоняется через противонакипное магнитное устройство (они не изображены на рисунке) и экономайзер 11, где подогревается продуктами сгорания и поступает в котел. Благодаря развитой поверхности теплопередачи за счет большого количества дымогарных труб осуществляется интенсивное кипение воды. Генерируемый пар освобождается от водяных брызг в сухопарнике 8, а в пароперегревателе 10 превращается в сухой пар. Давление пара в котле, превышающее расчетное, сбрасывается предохранительным клапаном 7. Предохранительный клапан 14 (иногда его называют взрывным клапаном) обеспечивает безопасность работы котла при неудавшемся запуске.

46

Рис. 4.3. Технологическая схема парового котла Д-900:

1 – дутьевой вентилятор; 2 – форсунка; 3 – жаровая труба; 4 и 5 – дымогарные трубы; 6 – передняя дымовая камера; 7 – предохранительный клапан; 8 – сухопарник; 9 и 13 – задние дымовые камеры; 10 – пароперегреватель; 11 – экономайзер; 14 – взрывной клапан; 15 – запальное устройство; 16 – насос горючего

4.3.2. Водогрейные котлы

Для горячего водоснабжения и отопления в сельском хозяйстве широко используются водогрейные котлы. Источником энергии для нагрева воды кроме химических топлив в ряде случаев используется электроэнергия. Температура воды в водогрейных котлах разного назначения может быть от 70 до 170 0С. Водогрейные котлы изготавливают в чугунном или стальном исполнении. В таблице 4.2 приведены технические характеристики некоторых типов чугунных, а в таблице 4.3 – стальных котлов.

Таблица 4.2 – Технические характеристики чугунных водогрейных котлов

47

Таблица 4.3 – Технические характеристики стальных водогрейных котлов

Из большого разнообразия водогрейных котлов рассмотрим устройство и принцип действия котла типа АОГВ (аппарат отопительный газовый с водяным контуром), которые широко используются для систем отопления индивидуальных домов.

На рис. 4.4 изображено устройство котла АОВГ – 11,6 (цифра 11,6 означает максимальную мощность в киловаттах).

Котел вертикальный цилин дрический стальной, Внутри водяного бака 4 размещены дымогарные трубы 11, через которые продукты сгорания из горелки 3 проходят в дымовую трубу 8. Вода, поступающая в бак через штуцер 12, омывает дымогарные трубы, нагревается и через штуцер 9 подается потребителю.

Интенсивность нагрева воды определяется в основном скоростью ее перемещения вдоль дымогарных труб. При естественной конвекции эта скорость невелика, отсюда «тяга» котла по воде несущественна. При открытом кране 5 и нажатой кнопки 7 газ через малорасходную форсунку запальника 1 поступает в область расположения основной горелки топки котла 3. При поджоге газа, выходящего из запальника, термопара 2 нагревается и ее термоэдс в дальнейшем поддерживает работу запальника в

дежурном режиме. Узел «сильфон – термобаллон» 10 обеспечивает работу основной горелки в заданном диапазоне температур нагреваемой воды. Блок

48

автоматики 6 осуществляет автоматическую работу котла. При отсутствии тяги в дымоходе, перегрев воды в котле, снижении давления газа ниже допу-

4.4. Воздухонагреватели

4.4.1. Воздухонагреватели на химических топливах Нагретый воздух широко используется в качестве теплоносителя в

отоплении различного рода сооружений, в сушке и обработке продуктов сельскохозяйственного производства, в строительстве при просушке помещений и т.д. В основном воздухонагреватели делят на мобильные и стационарные. Мобильные смонтированы на шасси автомобиля или прицепе и способны самостоятельно либо в буксировочном варианте переместиться к объекту использования горячего воздуха. Стационарные воздухонагреватели закреплены на фундаментах либо в кострукциях сооружений. В настоящее время выпускается многообразие типов воздухонагревателей малых габаритов и массы, которые без особых затруднений могут быть доставлены к любому объекту.

Технические характеристики некоторых типов мобильных воздухонагревателей приведены в табл. 4.4. В качестве источника энергии для нагрева воздуха в них используется химическое топливо, состоящее из жидкого горючего и кислорода воздуха.

Таблица 4.4. Технические характеристики мобильных воздухонагревателей

На рисунке 4.5 приведена схема передвижного воздухонагревателя типа ВТП-400. Горючее (керосиновый или соляровый дистиллят) насосом подается в форсуночную камеру 2. Туда же вентилятором 1 нагнетается воздух (окислитель). В форсуночной камере под углом к потоку установлены лопатки, которые придают воздуху вращательное движение. В камере сгорания 5 хорошо перемешанная топливная смесь воспламеняется и сгорает. Продукты сгорания по дымовым каналам 6 поступают в трубу – 4 и удаляются в атмосферу. Воздух осевым вентилятором 2 нагнетается в корпус 7, омывая дымовые каналы и наружную стенку камеры сгорания, нагревается.

49