Дисципліни:

Котельні установки


« Лекції з дисципліни «Інженерні мережі та комунікації»

В топках котелень в основному спалюють:

• тверді палива – антрацит, кам’яне вугілля, буре вугілля, сланці, торф;

• рідкі – мазут;

• газоподібні – природний, коксовий, доменний, сланцевий гази тощо.

Кускове тверде паливо завантажується в котельну установку і згорає на нерухомій, або рухомій решітці. Спалення твердого пилоподібного, рідкого і газоподібного палив здійснюється в камерних топках. В топку через горілки (для рідкого палива – форсунки) подають суміш палива з повітрям, яке там згорає.

Котельна установка – комплекс пристроїв, які призначені для отримання пари або гарячої води.

Котельна складається з:

- котельного агрегату;

- пристроїв для приготування палива і його подавання в топку;

- вентилятора для подавання повітря в топку;

- обладнання для видалення сажі та шлаків;

- димососа для відведення продуктів згорання з котельного агрегату;

- пристроїв для очищення газів від шлаків;

- димової труби;

- обладнання для очищення води від механічних домішків, накипоутворюючих солей і агресивних газів;

- насосів для подавання води.

Котельні агрегати поділяють на

• парові;

• водогрійні.

Вони представляють собою систему теплообмінних пристроїв:

- топку, в якій можуть бути розташовані екранні променеві приймальні поверхні;

- котел – для вироблення насиченої пари або нагрітої води.

Пароперегрівач, водяний економайзер і повітряний підігрівач є елементами парових котлоагрегатів. Залежно від призначення та виду палива пароперегрівач і нагрівач повітря можуть і не застосовуватись.

На рисунку 8 зображений розріз типового котлоагрегату з камерною топкою 1, екранами 4, пароперегрівачем 3, пучком труб для кип’ятіння 5, повітряним підігрівачем 6, чавунним водяним економайзером 7. Для виведення пари, яку отримують в бокових екранах служить циклон 2. З верхнього барабана 9 виходить насичена пара і в нього ж подається вода, яка пройшла економайзер. З нижнього барабана 10 виводиться вода, забруднена солями і осадом – шламом (продування котла). На бокових стінках топки встановлюють газомазутні горілки 8.

Типовий котлоагрегат з камерною топкою

Рис. 8. Типовий котлоагрегат з камерною топкою: 1 – камерна топка; 2 – циклон; 3 – пароперегрівач; 4 – екрани; 5 – пучок труб для кип’ятіння; 6 – повітряний підігрівач; 7 – водяний економайзер; 8 – газомазутні горілки; 9 – верхній барабан; 10 – нижній барабан

Чавунні опалювальні котли призначені для нагрівання води до 1150С, або для отримання пари під тиском 0,07 МПа. Вони монтуються з окремих секцій, під якими встановлюють топку шатрового типу. Поверхня нагріву залежить від кількості секцій.

Котельні агрегати ділять на:

• парові;

• водонагрівні.

Крім цього котельні агрегати ділять на групи за потужністю:

- мікрокотли;

- малі (4,6…7,6 МВт);

- середні (11…58 МВт);

- великі (більше 58 МВт).

Мікрокотли, малі та середні встановлюють у виробничих та опалювальних котельних, а великі на електростанціях.

В топці котлоагрегатів, розташовують екранні поверхні нагріву, які складаються з стальних труб (або чавунних секцій мікрокотлів) і сприймають теплове випромінювання шару або факелу палива, що горить. Такі екранні поверхні є основними елементами сучасних котлоагрегатів, що генерують пару. Крім цього вони захищають стінки топки від дії високих температур і відкладання шлаків. Розрахункова температура газів на виході з топки 900…11000С.

В газоходах котлоагрегатів розташовують пучки стальних труб. Теплота газів передається в основному конвекцією, тому такі агрегати називають конвективними.

В екранних та конвективних поверхнях нагріву утворюються насичена пара або вода певної температури.

Пароперегрівачі необхідні для підвищення температури пари за рахунок теплоти газів. Для промислових потреб достатній перегрів пари до 225…2500С, а на електростанціях використовують котли з перегрівом пари до 4500С при тиску 4 МПа, при більш високих тисках перегрів пари може сягати 540…5700С та більше.

Пароперегрівачі – змійовики, виготовляють з стальних труб.

Підігрівачі повітря необхідні для підігріву повітря, яке вдувають в топку. Вони складаються з пучка вертикальних труб, по яких проходять гази, а з зовні вони обдуваються повітрям. Підігрів повітря необхідний для кращого спалювання, особливо низькосортних палив. ККД котлоагрегату при цьому підвищується

Водяні економайзери призначені для підігріву води. Вони бувають:

• стальні – застосовують при тиску більше 2,3 МПа;

• чавунні – застосовують при тиску до 2,3 МПа.

Підігрівачі повітря та водяні економайзери знаходяться у «хвості» газового тракту. Вони знижують температуру газів, що викидаються в атмосферу, збільшуючи таким чином ККД котлоагрегата.

Допоміжне обладнання

Для подавання повітря в топку використовують вентилятори.

Охолоджені гази з котлоагрегата відводяться тяговими пристроями. Димова труба, висотою 25…45 м створює природну тягу, яка достатня для роботи котлів потужністю до 1,2…1,8 МВт, а для котлів більшої потужності споруджують труби висотою до 150 м, причому такі труби забезпечують поблизу землі концентрацію шкідливостей нижче допустимих рівнів.

Для котлів великої потужності також застосовують штучну тягу за допомогою димососів.

У виробничих котельних та котельних для опалення вода витрачається на відновлення втрат:

- конденсату;

- пари;

- мережевої води;

- гаряче водопостачання.

Для підготовки води застосовують комплекс обладнання. Завдання підготовки води – звільнення води від різних домішок.

Мінеральні та органічні домішки видаляють фільтруванням води через шари піску, дробленого антрациту тощо, а колоїдні – коагуляцією, шляхом добавлення в воду різних коагулянтів (алюміній сульфат Al2(SO4) тощо).

Зниження концентрації солей кальцію та магнію (жорсткості води) запобігає утворення накипу на поверхнях нагріву, що дуже важливо для парових котлів. Однак під час випаровування води концентрація солей в котлі зростає, тому для підтримування її на необхідному рівні застосовують продувку, тобто випуск з котла частини води (до 10 %).

Жорсткість води понижують в катіонових фільтрах шляхом обміну катіонів кальцію і магнію на катіони натрію, водню або амонію. В якості катіоніту в основному застосовують кам’яне вугілля оброблене сірчаною кислотою.

Завдання прийому, розвантаження, зберігання, подавання і підготовки палива для спалення вирішує паливне господарство котельної.

Газоподібне паливо з магістральних газопроводів надходить на регуляторні станції, а від них по трубопроводах високого (0,3…1,2 МПа) та середнього (0,005…0,3 МПа) тиску транспортується до споживачів. Зниження тиску до робочого здійснюється в газорегуляторних пунктах.

Рідке паливо зберігають у спеціальних резервуарах, а тверде складують на майданчиках в штабеля. Розхідні склади палива розраховують на двохнедільний запас, а резервні – на запас до одного місяця.

З розхідного складу паливо подають за допомогою різних машин та механізмів системи паливоподачі (бульдозери, завантажувачі, стрічкові транспортери, ковшові підіймачі, рельсовий транспорт тощо).

Підготовка палива до спалювання здійснюють в подрібнювачах, млинах, сепараторах тощо.

В котельних, які працюють на твердому паливі може бути система шлакосажовидалення. Якщо сажі та золи утворюється менше 100 кг/год то їх видаляють вручну. Якщо сажі та шлаку утворюється до 5000 кг/год то застосовують механічну систему.

Гідравлічним способом перекачують пульпу (сажа і вода) на відстань до 5 км. Однак через ряд недоліків: великий розхід води, розхід електроенергії на подрібнення сажі та транспортування пульпи, значні земельні площі під сажовідвали тощо, цей спосіб не набув широкого застосування.

Пневматичний спосіб забезпечує найбільш повну механізацію.

Подрібнені сажу та шлак транспортують по трубопроводах за допомогою повітря зі швидкістю близько 25 м/с.

Осадження сажі відбувається в циклоні, очищення в пиловловлювачі. Із циклону сажа відвантажується в цементовози і вивозиться. Вона може використовуватись для виробництва будматеріалів.

Під час спалення твердого палива димові гази очищують від частинок сажі, що запобігає забрудненню зовнішнього середовища і запобігає димососи від зношення. Для цього застосовують циклони для сухого і центр обіжні скуббери для мокрого виловлювання золи.

Сухі вловлювачі сажі прості в експлуатації, забезпечують ступінь очищення димових газів до 92 %, мокрі до 94 %, а крім цього вони дозволяють вловлювати окисли сірки і азоту, що важливо для охорони навколишнього середовища. Застосовують також електричні фільтри (ступінь очищення до 98 %), принцип дії яких базується на коронному розряді між електродами і переміщенні заряджених твердих частинок до них.

Компоновка котельних установок

Обладнання котельної розташовують за типовими проектами, винятки становлять випадки реконструкції котельних (рис. 9).

Типова котельна з паровими котлами

Рис. 9. Типова котельна з паровими котлами: 1 – котел; 2 – димова труба; 3 – димосос; 4 – деаератор; 5 – пристрій для забирання повітря; 6 – дефлектор; 7 – робочий майданчик

Сучасні будівлі котельних виконують каркасними, одноповерховими або іншого типу. Котельна повинна мати денне освітлення та вентиляцію.