Теплогенерирующие установки, Часть I

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Институт открытого дистанционного образования

,

Теплогенерирующие установки

Часть I

Утверждено редакционно-издательским

советом университета в качестве

учебного пособия

Нижний Новгород – 2005

ББК 31.38

К 55

Б 79

, Болдин установки: Учебное пособие. – Н. Новгород: Нижегород. гос. архит.-строит. ун-т, 2005. – 73 с.

ISBN -5

В пособии рассмотрены основные схемы паровых и водогрейных котлов, даны основные определения. Описаны различные виды топлива, теория горения топлива и эффективность его использования. Приведены данные о топочных устройствах, основном котельном оборудовании и эксплуатации котлов.

ББК 31.38

ISBN -5

© , 2005,

© , 2005,

© ННГАСУ, 2005

1. ТОПЛИВО

1.1. Получение теплоты

Вещества, способные в процессе каких-либо преобразований выделять энергию, которая может быть технически использована, принято называть топливом.

Основным источником теплоты, используемой человечеством, является природное органическое топливо, выделяющее теплоту при сжигании.

1.2. Классификация основных видов топлива

В зависимости от принципа освобождения энергии, заключающейся в топливе, различают ядерное и химическое топливо.

Ядерное топливо выделяет энергию в результате ядерных преобразований, а химическое – в результате окисления горючих элементов, входящих в его состав.

Основными видами химического топлива являются торф, горючие сланцы, угли, природный газ, продукты переработки нефти.

По способу получения различают естественное (природное) топливо, искусственное и топливные отходы.

Естественным (природным) называют топливо, используемое без переработки.

Искусственным называют топливо, полученное при переработке естественного топлива.

В процессе переработки естественного топлива в искусственное получают топливные отходы.

Топливо по агрегатному состоянию подразделяют на твердое, жидкое, газообразное (табл.1).

При современном уровне добычи разведанных запасов угля хватит на тысячи лет; прогнозных запасов нефти и газа при существующем уровне добычи – лишь на 100 – 150 лет, а с учетом роста темпов добычи эти запасы могут быть исчерпаны за 50 – 60 лет. Ограниченность ресурсов газа и нефти и значительное повышение их стоимости вызвали стремление к экономии ископаемого топлива и использованию для получения энергии других источников.

Так как почти все добываемое топливо сжигается (лишь около 10 % нефти и газа потребляются в виде сырья), ежегодный выброс в атмосферу Земли веществ, образующихся при сжигании топлива, достигает огромных количеств: золы около 150 млн т, окислов серы около 100 млн т, окислов азота около 60 млн т, двуокиси углерода около 20 млрд т. Для защиты окружающей среды разрабатываются различные методы улавливания вредных веществ из продуктов сжигания, а также такие способы сжигания, при которых эти вещества (окислы азота и CO) не образуются.  

Т а б л и ц а 1

Основные виды топлива

Вид топлива
Твердое	Жидкое	Газообразное
Естественное
Дрова Торф Бурый уголь Каменный уголь Антрациты Горючие сланцы	Нефть	Природный газ Нефтепромысловый газ (попутный)
Искусственное
Брикеты Кокс Полукокс	Моторное топливо - продукты перегонки нефти Спирты Синтетическое жидкое топливо	Генераторный газ Газ подземной газификации углей Сжиженный газ Водород
Топливные отходы
Отходы углеобогащения Кокс газовых заводов Металлургический коксик Древесные отходы (щепа, опилки, корье)	Мазут Кислый гудрон	Доменный газ Коксовый газ Газы нефтепереработки

Твердое топливо

Наиболее распространенные виды твердого топлива – угли (каменные и бурые, антрациты), горючие сланцы (табл. 2). Горючие сланцы, полезное ископаемое из группы твердых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы, близкой по составу к нефти.

Т а б л и ц а 2

Классификация ископаемых углей и горючих сланцев в зависимости от размера кусков
Класс угля	Обозначение	Размер кусков, мм
Плита	П	Более 100
Крупный	К	50-100
Орех	О	25-50
Мелкий	М	13-25
Семечко	С	6-13
Штыб	Ш	Менее 6
Рядовой	Р	До 300

Добытое твердое топливо состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, серы, минеральных примесей и влаги.

Основным горючим элементом твердого топлива является углерод, его содержание в твердом топливе колеблется от 50 до 94 %. При полном сгорании 1 кг углерода выделяется около 34 МДж теплоты.

 Уголь (табл. 3) обычно сжигают в топках. При относительно малых количествах необходимого топлива используют слоевые топки, где уголь в виде кусков сжигают на колосниковой решетке, сквозь которую продувается воздух. Для сжигания значительного количеств угля (нескольких сотен тонн в час) применяют камерные топки. В них уголь, предварительно превращенный в порошок (угольную пыль), через пылеугольные горелки подается в смеси с воздухом.

Угольная пыль состоит из частиц размером до 300 мкм с преобладанием мелких фракций. Больше всего в угольной пыли частиц размером от 20 до 50 мкм в зависимости от тонкости помола. Пылинки имеют неправильную форму, которая зависит от рода топлива.

Выход летучих – процентное содержание в горючей массе топлива водорода, углеродов, оксида углерода, углекислого газа и водяных паров, выделяющихся при нагревании топлива. Выход летучих у различных твердых топлив колеблется в больших пределах – от 3 до 70 %. Кокс – остаток, образовавшийся после отгонки летучих.

Т а б л и ц а 3

Классификация каменных углей

по выходу летучих и характеристике коксового остатка

Марка углей	Обозна-чение	Выход летучих на горючую массу VГ,%	Характеристика коксового остатка
Длиннопламенный	Д	36 и более	От порошкообразного до слабоспекшегося
Газовый	Г	35 и более	Спекшийся
Газовый жирный	ГЖ	31-37	Спекшийся
Жирный	Ж	24-37	Спекшийся
Коксовый жирный	КЖ	25-33	Спекшийся
Коксовый	К	17-33	Спекшийся
Отощенный спекающийся	ОС	14-27	Спекшийся
Тощий	Т	9-17	От порошкообразного до слабоспекшегося
Слабоспекбщийся	СС	17-37	От порошкообразного до слабоспекшегося

Чем больше возраст топлива, тем меньше в нем летучих.

Угольная пыль, богатая летучими, склонна к самовозгоранию, что является одной из главных причин взрывов в системах пылеприготовления. Угольная пыль сыпуча и легко растекается под влиянием легких толчков. В смеси с воздухом при больших концентрациях пыли (25:1) она образует подвижную эмульсию, легко перекачиваемую, как вода. Это свойство пыли используется при ее транспортировке на большие расстояния.

Опасность самовозгорания пыли возрастает с повышением температуры среды и при соприкосновении с горячими поверхностями. Наиболее взрывоопасной является пыль, содержащая частицы размером менее 200 мкм. Источником воспламенения чаще всего являются тлеющие отложения пыли. Взрыхление тлеющей пыли опасно, т. к. приводит к ее интенсивному горению и может вызвать пожар или взрыв.

Угольная пыль имеет две плотности: насыпную и кажущуюся.

Под насыпной плотностью понимают отношение массы пыли к ее общему объему, состоящему из объема твердой фазы частиц, пор внутри частиц и воздушных промежутков между частицами). Насыпная плотность колеблется в значительных пределах 500 – 700 кг/м3, пользуются ей при расчете емкости пылевых бункеров для хранения пыли.

Под кажущейся плотностью пыли понимают отношение массы пыли к суммарному объему, занимаемому твердой фазой частиц пыли и порами внутри частиц пыли. Кажущаяся плотность для определенного вида топлива стабильна (например, для антрацита со штыбом (АШ) равна 1500, тощего угля – 1350, подмосковного бурого – 1000 кг/м3), используется при расчете устройств для подачи пыли, сепараторов и циклонов.

Влажность готовой пыли влияет на условия ее воспламенения и протекание процесса горения. Чем меньше влажность пыли, тем легче она воспламеняется и быстрее сгорает. Обычно подсушка пыли осуществляется с таким расчетом, чтобы влажность ее была близка к гигроскопической влажности топлива. Гигроскопической называют влажность топлива, доведенного при подсушке до равновесного состояния в воздухе, имеющем относительную влажность 60 – 70 % и температуру 19 – 21°С. Более глубокая осушка не допускается, т. к. пыль становится взрывоопасной.

Торф – горючее полезное ископаемое, образующееся в процессе естественного отмирания и неполного распада болотных растений в условиях избыточного увлажнения и затрудненного доступа воздуха. От почвенных образований торф принято отличать по содержанию в нем органических соединений (не менее 50 % по отношению к абсолютно сухой массе). Торф является наиболее молодым ископаемым твердым топливом. Он имеет высокий выход летучих – 70 % и высокую влажность – до 52 %. В зависимости от способа добычи различают торф кусковой (в виде кирпичей) и фрезерный (в виде мелкой крошки).

Природное жидкое топливо

  Природным жидким топливом является сырая нефть. Нефть – горючая маслянистая жидкость со специфическим запахом, распространенная в осадочной оболочке Земли, является важнейшим полезным ископаемым. Образуется вместе с газообразными обычно на глубинах более 1,2 – 2 км. Нефть состоит из различных углеводородов (алканов, циклоалканов, аренов – ароматических углеводородов – и их гибридов) и соединений, содержащих помимо углерода и водорода гетероатомы – кислород, серу и азот. Однако непосредственно нефть редко используется для получения теплоты. На нефтеперерабатывающих предприятиях из нефти получают мазут – остаток после отгона от нефти бензина, лигроина, керосина и фракций дизельного топлива. В зависимости от химического состава и свойств мазут может быть использован как жидкое котельное топливо.

Мазут состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, серы, влаги и небольшого количества минеральных примесей. Наибольшие трудности (коррозия поверхности) при сжигании мазута вызываются содержащимися в его золе оксидами щелочных металлов и ванадия.

В зависимости от содержания серы в рабочей массе мазута различают малосернистый мазут при <0,5%, сернистый при 0,5<<2,0 и высокосернистый при 2,0<<3,5.

=,

где – сера органическая;

– сера колчеданная.

Мазут принято характеризовать также вязкостью, плотностью и температурой застывания, вспышки и воспламенения. Вязкость мазута измеряют в градусах условной вязкости (0ВУ) или в мм2/с. Условная вязкость – это отношение времени истечения из вискозиметра 200 см3 мазута, нагретого до 50°С (для вязких мазутов до 80°С), ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при 20°С.

В качестве топлива для промышленных парогенераторов и водогрейных котлов используется мазут марок 40 и 100, значительно реже – марки 200. Марка определяется предельной вязкостью, составляющей 80ВУ (59 мм2/с) для мазута 40 при 80 0С; 150ВУ (110 мм2/с) для мазута 100 при 800С; 9,5 ВУ (70 мм2/с) для мазута 200 при 1000С.

При понижении температуры мазут застывает и становится нетранспортабельным, превращаясь в твердый продукт. Температурой застывания мазута называют ту температуру, при которой он в условиях опыта густеет настолько, что при наклоне пробирки под углом 45° к горизонту уровень мазута остается неподвижным в течение 1 мин. Наиболее вязкие сорта мазута имеют температуру застывания 25 – 35°С.

Воспламеняемость мазута характеризуется температурой вспышки и воспламенения. Температура вспышки – это такая температура, при которой пары мазута, нагреваемые в определенных лабораторных условиях, образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к нему пламе-ни. Для мазута температура вспышки составляет 80 – 100°С. Температура воспламенения – это такая температура, при которой нагреваемый в определенных лабораторных условиях мазут загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее установленного времени. Температура воспламе-нения превышает температуры вспышки на 10 – 40°С.

Газообразное топливо

Природный газ химически инертный. Он не изменяется  на воздухе да и в земных недрах в условиях высоких давлений и постоянных температур может пролежать без изменений не одну сотню миллионов лет.

Природный газ удобен при транспортировке, т. к. доставляется к потребителю по газопроводам без использования дополнительного транспорта.

Газообразное топливо состоит из механической смеси горючих и негорючих газов с небольшой примесью водяных паров, смолы и пыли. К естественным газам относятся природный и попутный газ, выделяющийся при извлечении нефти на поверхность. Искусственные горючие газы являются топливом местного значения. К ним относятся генераторный, коксовый и доменный газы. Генераторный газ получают путем неполного сжигания твердого топлива. Коксовый и доменный газы являются отходами коксовых и доменных печей.

В промышленных парогенераторах и водогрейных котлах в качестве топлива в основном используют природные и попутные газы. Он обладает самой теплотворной способностью и имеет теплоту сгорания 60000 кДж/кг, а при сжигании 1м3 газа выделяется приблизительно 8300 кДж энергии. 

Природные и попутные газы представляют собой смеси углеводородов метанового ряда и балластных негорючих газов. Углеводороды метанового ряда обычно называются предельными. В них использованы все четыре валентности углерода и они имеют общую эмпирическую формулу СnН2n+2. Природный газ состоит из 90 – 97 % метана (СН4) и  1 – 2 % углеводородных примесей – этана (С2Н6), пропана (С3Н8), бутана (С4Н10), пентана (С5Н12), 2 – 3 % азота (N2) и  0,02 % этилмеркоптана, придающего специфический запах.  При нормальных условиях первые члены ряда до бутана включительно представляют собой газы без цвета и запаха, а последующие – жидкости. Важными свойствами газообразного топлива являются токсичность и взрываемость. Искусственные газы токсичны вследствие содержания в них оксида углерода (СО). Природные и попутные газы нетоксичны, однако высокомолекулярные предельные углеводороды при заметных концентрациях обладают наркотическими свойствами. Так, например, содержание в воздухе 10 % пропана или бутана вызывает при вдыхании головокружение.

Газ при определенных соотношениях с воздухом образует взрывоопасные смеси. Взрываемость газовоздушных смесей характеризуют нижним и верхним пределами воспламенения или взрываемости (табл. 4).

Нижним пределом взрываемости называется минимальная концен-трация газа в газовоздушной смеси, при которой возможно ее воспламенение.

Верхним пределом взрываемости называется максимальная концен-трация газа в газовоздушной смеси, при которой возможно ее воспламенение. Таким образом, воспламенение газа возможно только при определенных границах содержания его в воздухе. С точки зрения взрываемости более опасными следует считать те горючие газы, которые имеют самый низкий предел взрываемости или самый широкий диапазон пределов взрываемости.

Состав газообразного топлива задается в процентах по объему, и все расчеты относятся к кубическому метру сухого газа при нормальных физических условиях. Содержание примесей (водяных паров, смолы, пыли) выражается в г/м3 сухого газа.

Т а б л и ц а 4

Температура воспламенения и пределы взрываемости газов

в смеси с воздухом

Газ	Температура воспламенения, 0С	Пределы взрываемости (объемных % газа в смеси при СФУ)
нижний	верхний
Ацетилен	305	2,0	82
Бутан	490	1,9	8,5
Бутилен	445	1,7	9,9
Водород	510	4,0	75
Метан	645	5,0	15
Окись углерода	610	12,5	75
Пропилен	455	2,0	9,7
Пропан	510	2,1	9,5
Пентан	309	1,3	8
Сероводород	290	4,3	45,5
Этан	530	3,1	12,5
Этилен	540	3,0	28,6

Наиболее экологически безопасен, потому что при сгорании метана затрачивается в 2,5 раза меньше кислорода и меньше выделяется углеродсодержащих продуктов, т. е. сажи, угарного газа (СО) и углекислого газа (СО2). 

Топливом в сравнительно небольших масштабах служит также древесина (древесные отходы). В середине ХХ в. разрабатывались методы сжигания промышленных и бытовых отходов с целью их уничтожения и одновременного получения теплоты.

1.3. Общие сведения о горении топлива

Горючие элементы топлива при соприкосновении с кислородом окисляются. В качестве окислителя чаще всего используется атмосферный воздух. Окисление горючих элементов топлива может происходить с различной скоростью. При медленном окислении процесс протекает в области низких температур; при быстром окислении – в области высоких температур и сопровождается свечением различной яркости. Этот процесс называют горением, а образовавшееся вещество в процессе горения – продуктами сгорания.

Наука, изучающая движение газовых потоков и их взаимодействие, называется аэродинамикой. Законы аэродинамики играют важную роль в процессе горения. Кроме того, в топочной камере происходят процессы теплообмена между горящим топливом и ограждающими поверхностями. Таким образом, процесс горения зависит от влияющих на него факторов.

При горении различают две области протекания процесса: кинети-ческую и диффузионную. При протекании горения в кинетической области определяющими являются химические явления: температура и концентрация топлива или окислителя в горючей смеси. Здесь продолжительность горения практически определяется временем, необходимым для завершения химических реакции.

При протекании горения в диффузионной области определяющими являются физические факторы, и, прежде всего смесеобразование. Продолжи-тельность горения в диффузионной области практически определяется време-нем, необходимым для завершения смесеоразовательных процессов.

1.4. Основные характеристики топлива

Топливо принято характеризовать химическим составом и теплотой сгорания.

Теплота сгорания – количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы твердого и жидкого топлива или единицы объема газообразного топлива, (при нормальных физических условиях НФУ – 0°С и 101,08 кПа (760 мм. рт. ст.) при расчетах за использованный на объекте газ, объем газа берут при стандартных условиях 20°С и 101,08 кПа (760 мм. рт. ст).

Теплота сгорания, отнесенная к единице массы или объема топлива, называется удельной теплотой сгорания – кДж/кг или кДж/м2. Удельная теплота сгорания – важнейший показатель практической ценности топлива. Если водяные пары, содержащиеся в топливе и образующиеся при сгорании водорода топлива, присутствуют в виде жидкости, то количество выделившейся теплоты характеризуется высшей теплотой сгорания (Qв). Если водяные пары находятся в виде пара, то теплота сгорания называется низшей (Он). Низшая и высшая теплота сгорания связаны следующей зависимостью:

Qн=Qв – k (W + 9H),

где W – количество воды в топливе, % (по массе);

Н – количество водорода в топливе, % (по массе);

k – коэффициент, равный 25 кДж/кг.

Теплота сгорания может быть отнесена к рабочей массе топлива QP, т. е. к топливу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе топлива Qc; к горючей массе топлива Qг, т. е. к топливу, не содержащему влаги и золы.

Для приближенных подсчетов теплоты сгорания определяют по эмпирическим формулам. Например, теплоту сгорания твердых и жидких видов топлива вычисляют по формуле Менделеева:

QP=81CP+З00Нр-26(Ор–Spл) – 6 (9Hp+WP),

где Ср, Hp, Ор, Spл, Wp – соответственно содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).

Для сравнения между собой массы различных видов топлива, отличающихся теплотой сгорания, принимается 1 кг топлива с теплотой сгорания 7000 ккал/кг (29,3 МДж/кг). Соотношение между условным и натуральным топливом выражается формулой:

где By – масса эквивалентного количества условного топлива, кг;

Вн – масса натурального топлива, кг (твердое и жидкое топливо) или м3 (газообразное);

– низшая теплота сгорания данного натурального топлива, МДж/кг или МДж/м3;

Э – калорийный эквивалент:

Значение Э принимают: для нефти – 1,4; кокса – 0,93; торфа – 0,4; природ-ного газа – 1,2.

Для сжигания топлива служат различные технические устройства – топки, печи, камеры сгорания. В топках и печах топливо сжигается при давлении, близком к атмосферному, а в качестве окислителя обычно используется воздух. В камерах сгорания давление может быть выше атмосферного, а окислителем может служить воздух с повышенным содержанием кислорода (обогащенный воздух), кислород и т. д.

Теоретически для сгорания топлива необходимо стехиометрическое количество кислорода. Например, при горении метана CH4 осуществляется следующая реакция: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O. Из этого уравнения следует, что на 1 кмоль (16 кг) CH4 требуется 2 кмоля (64 кг) O2, т. е. на 1 кг CH4 – 4 кг O2. На практике для полного сгорания нужно несколько большее количество окислителя. Отношение действительного количества окислителя (воздуха), использованного для горения, к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка окислителя (воздуха) a. При сгорании топлива его химическая энергия переходит во внутреннюю энергию продуктов сгорания, в результате чего эти продукты нагреваются. Температура, которую приобрели бы продукты сгорания, если бы не отдавали теплоту во вне (адиабатический процесс), называется теоретической температурой горения. Она зависит от вида топлива и окислителя, их начальной температуры и от коэффициента избытка окислителя. Для большинства видов природного топлива (табл. 5) (окислитель – воздух) теоретическая температура горения составляет 1500 – 2000°С; ее повышает предварительный подогрев топлива и окислителя. Максимальная теоретическая температура горения наблюдается при коэффициенте избытка окислителя a»0,98.

Т а б л и ц а 5

Основные характеристики некоторых видов топлива

Вид топлива	Состав, % (по массе)	Выход летучих Vл,% (по массе)	Жаропроизво- дительность, Та,0С	Теплота сгорания , МДж/кг
Wр	Aр	Cр	Hр	Sр	Nр	Oр
Дрова Фрезерный торф Бурый уголь (Канско-Ачинский) Каменный уголь (газовый донецкий) Антрацитовый штыб Мазут (высокосернистый) Бензин Природный газ	40 50 33 8 0,5 3 - -	0,6 6,3 6 23 23 0,1 - -	30,3 24,7 43,7 55,2 63,8 83 85 74	3,6 2,6 3 3,8 1,2 10,4 14,9 25	-0,1 0,2 3,2 1,6 2,8 0,05 -	0,4 1,1 0,6 1,0 0,6 - - 1,0	25,1 15,2 13,5 5,8 1,3 0,7 0,05 -	85 70 48 40 3,5 - - -	1600 1500 1800 2050 2150 2100 2100 2000	10,2 8,1 15,7 22 22,6 39,2 44 35,6*

* Теплота сгорания природного газа дана в МДж/м3

2. ТОПКИ

Топка, топочное устройство, топка огневая – устройство для сжигания органического топлива с целью получения высоконагретых дымовых газов. Теплота газов либо преобразуется в котловых установках в электрическую или механическую энергию, либо используется для технологических и других целей. В общем случае топка представляет собой камеру, в которую подается топливо (твердое, жидкое, газообразное) и окислитель, обычно воздух. В топках котлоагрегатов продукты сгорания отдают свою теплоту теплоносителю (воде, пару), циркулирующему по трубам, которые размещаются на стенах камеры.

Основными характеристиками, определяющими эффективность и экономичность работы топки, является форсировка, или тепловое напряжение сечения топки (в плане).

По организации топочного процесса топки котлоагрегатов подразделяют на три основные группы: слоевые, факельные и вихревые. Исторически первыми были топки для сжигания твердого топлива в слое – слоевые топки, которые длительное время являлись основными устройствами для сжигания больших количеств топлива и широко применялись для котлов с паропроизводительностью 20 – 30 т/ч. В конце 20-х гг. ХХ в. были разработаны топки для сжигания твердого топлива в пылевидном состоянии в факельном процессе, что позволило с высокой надежностью и экономичностью использовать топливо пониженного качества, значительно повысить единичную производительность котлоагрегатов.

В практике проектирования, эксплуатации и испытания топочных устройств пользуются итоговыми величинами, количественно характеризую-щими огневой процесс. К этим характеристикам относятся:

- мощность топки;

- форсировка топочного устройства;

- удельная нагрузка топочного объема.

Тепловой мощностью топки называют количество теплоты, выделяемой при сжигании топлива в топке в единицу времени:

Q=В·Qрн,

где В – расход топлива, кг/с или м3/с;

Qрн – низшая теплота сгорания рабочей массы топлива, кДж/кг или кДж/м3.

Под форсировкой топочного устройства понимают удельную нагрузку сечения топки. Удельной нагрузкой сечения топки называют количество теплоты, выделяемое при сжигании топлива на 1 м2 сечения топки в единицу времени, кВт/м2 или МВт/м2.

При слоевом сжигании твердого топлива за характерное сечение топки принимают площадь горящего слоя. Форсировку топки характеризуют удельной нагрузкой зеркала горения.

Удельной нагрузкой зеркала горения называют количество теплоты, выделяемой при сжигании топлива на 1 м2 активной части колосниковой решетки в единицу времени, кВт/м2 или МВт/м2:

,

где R – площадь активной части колосниковой решетки, м2.

При факельном и вихревом сжигании топлива форсировку топки характеризуют удельной нагрузкой наиболее характерного для данной конструкции сечения (с площадью F) топочной камеры кВт/м2 или МВт/м2:

.

Удельной нагрузкой топочного объема называют количество теплоты, выделяемой при сжигании топлива в 1 м3 объема топки (Vт) кВт/м2 или МВт/м2:

.

Удельной нагрузкой топочного объема характеризуют работу всех топок (слоевых, факельных, вихревых).

Допустимые удельные нагрузки зеркала горения и топочного объема позволяют определить площадь зеркала горения объем топочной камеры:

,

где qv доп – допустимая удельная нагрузка топочного объема, кВт/м3.

2.1. Классификация топочных устройств

В настоящее время различают три основных способа сжигания топлива: слоевой, факельный и вихревой (циклонный). Факельный и вихревой способы объединяются в один – камерный.

Выбор способа сжигания топлива зависит от мощности и конструкции котла, вида топлива и свойств его золы. Сжигание топлива производится в топочном устройстве, которое представляет собой сочетание системы горелок или механизмов с топочной камерой.

2.2. Механические топки

Механической топкой называется слоевое топочное устройство, в котором все операции (подача топлива и удаление шлака, а при необходимости и шуровка слоя) выполняются механизмами. Если при обслуживании топки имеется доля ручного труда, то топку называют полумеханической.

В зависимости от размещения и состояния слоя топлива можно разделить на топки:

- с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижно лежащим слоем топлива;

- с движущейся колосниковой решеткой и перемещающимся вместе с ней топливом;

- с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся по ней слоем топлива.

В зависимости от взаимного направления движения потоков топлива и воздуха различают топки со встречной, поперечной и параллельной схемами движения топлива и воздуха.

2.3. Слоевые топки

Слоевые топки применяются только для сжигания твердого топлива. Располагаются под котельными агрегатами мощностью до 28 МВт. Классифицируются по характеру обслуживания, размещению и состоянию слоя топлива, направлению движения топлива и воздуха.

Слоевая топка – топка для слоевого сжигания, в которой горение топлива, загруженного слоем на колосниковую решетку, происходит в струе воздуха, пронизывающего этот слой (обычно снизу вверх). Различают следующие слоевые топки: с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива.

Топки механические ТЛЗМ (рис. 1) предназначены для сжигания твердого топлива в паровых котлах паропроизводительностью до 10 т/ч, водогрейных котлах теплопроизводительностью до 6 МВт. Топки работают по принципу непрерывного заброса топлива на горящий слой, что в сочетании с обратным движением цепной ленточной решетки обеспечивает нижнее зажигание по всей площади колосникового полотна и стабильное горение.

Рис. 1. Топки механические ТЛЗМ

Особенностью топок является совмещение механического, как основного, и пневматического заброса топлива, позволяющего оптимизировать горение пылевых фракций в топочном объеме. Конструкция топки позволяет автоматизировать процесс горения.

Т а б л и ц а 6

Технические характеристики

Диапазон изменения нагрузки	25-100 %
Коэффициент избытка воздуха за топкой	не более 1,3-1,5
Потери тепла от химического недожога	не более 0,75 %
Потери тепла от механического недожога	не более 10,0%
Основной вид топлива	Каменные и бурые угли
Влажность топлива	до 40 %
Зольность топлива	35 %,
Содержание мелочи	(0-6 ммдо 60) %
Максимальный размер куска	40 мм

Топки механические ТЛЗ-2-2,7/4,0 (рис. 2) предназначены для сжигания твердого топлива в паровых и водогрейных котлах ДКВР-10-13 и КВ-ТС-10. Характерной особенностью этих топок является комбинированный процесс горения в слое и во взвешенном состоянии. Благодаря пневмомеханическому забросу топлива крупные частицы падают и сгорают на решетке, а мелкие отсеиваются и сгорают в топочном объеме. Подача топлива осуществляется непрерывно, малыми порциями на всю поверхность колосникового полотна и при медленном его движении обеспечивается нижнее зажигание по всей длине слоя. Конструкция топки позволяет автоматизировать процесс горения.

Рис. 2. Топки механические ТЛЗ-2-2,7/4,0:

расстояние между осями валов L, мм 4000; ширина колосникового полотна В, мм - 2700; высота Н, мм - 3015; длина L1, мм - 5540; масса, кг - 16700

Т а б л и ц а 7

Технические характеристики

Диапазон изменения нагрузки	25-100 %
Коэффициент избытка воздуха за топкой	не более 1,3-1,5
Потери тепла от химического недожога	не более 0,75 %
Потери тепла от механического недожога	не более 10,0%
Основной вид топлива	Каменные и бурые угли
Влажность топлива	до 40 %
Зольность топлива	35 %,
Содержание мелочи	(0-6 мм до 60) %
Максимальный размер куска	40 мм

Топки механические ТЛП, ТЛПМ (рис. 3) с ленточной цепной решеткой прямого хода, предназначены для сжигания каменных и бурых углей в паровых и водогрейных котлах и промышленных печах. В топках за счет движения колосникового полотна происходит непрерывная подача топлива из угольного ящика в топочную камеру и удаление шлака. Топка отличается верхним зажиганием, горение происходит в толстом слое топлива.

Рис. 3. Топки механические ТЛП, ТЛПМ

Т а б л и ц а 8

Технические характеристики

Диапазон изменения нагрузки	50-100 %
Теплонапряжение решетки рекомендуемое	0,7…1,0 (1,2*), МВт/м2
Потери тепла от химического недожога	не более 1,0 %
Потери тепла от механического недожога	не более 10,0…1,35 %
Характеристика топлива:
выход летучих	не менее - 20%
Влажность топлива	не более – 25%
Зольность топлива	не более - 25 %,
Содержание мелочи	(0-6 мм не более 40) %
Максимальный размер куска	40 мм

* для топок ТЛПМ

Топки механические ТЧЗМ-2 (рис. 4) предназначены для сжигания твердого топлива в паровых котлах паропроизводительностью до 25 т/ч, в водогрейных котлах теплопроизводительностью до 35 МВт, могут применяться в промышленных печах. Топки работают по принципу непрерывного заброса топлива на горящий слой, что в сочетании с обратным движением цепной чешуйчатой решетки обеспечивает нижнее зажигание по всей площади колосникового полотна и стабильное горение.

Рис. 4. Топки механические ТЧЗМ-2

Особенностью топок является совмещение механического, как основного, и пневматического заброса топлива, позволяющего оптимизировать горение пылевых фракций в топочном объеме. Конструкция топки позволяет автоматизировать процесс горения топки.

Т а б л и ц а 9

Технические характеристики

Диапазон изменения нагрузки	25-100 %
Коэффициент избытка воздуха за топкой	не более 1,3-1,5
Потери тепла от химического недожога	не более 0,5 %
Потери тепла от механического недожога	не более 7,0 %
Основной вид топлива	Каменные и бурые угли
Влажность топлива	до 40 %
Зольность топлива	до35 %,
Содержание мелочи	(0-6 мм до 60) %
Максимальный размер куска	до 40 мм

Топки механические ТЧЗ с пневмомеханическими забрасывателями и цепной решеткой обратного хода (рис. 5) предназначены для слоевого сжигания каменных и бурых углей в паровых и водогрейных котлах теплопроизводительностью до 58 МВт и промышленных печах.

Топки работают по принципу непрерывного заброса топлива на горящий слой, что в сочетании с медленным обратным движением цепной чешуйчатой решетки обеспечивает нижнее зажигание по всей площади колосникового полотна и стабильное горение.

Рис. 5. Топки механические ТЧЗ

Особенностью топок является совмещение механического, как основного, и пневматического заброса топлива, позволяющего оптимизировать горение пылевых фракций в топочном объеме. Конструкция топки позволяет автоматизировать процесс горения.

Т а б л и ц а 10

Технические характеристики

Диапазон изменения нагрузки	25-100 %
Коэффициент избытка воздуха за топкой	не более 1,35 -1,5
Потери тепла от химического недожога	не более 0,5 - 1 %
Потери тепла от механического недожога	не более 8,0 %
Основной вид топлива	Каменные и бурые угли
Влажность топлива	до 40 %
Зольность топлива	до35 %,
Содержание мелочи	(0-6 мм до 60) %
Максимальный размер куска	до 40 мм

Топки механические с чешуйчатой цепной решеткой прямого хода ТЧМ (рис. 6) предназначены для сжигания каменных и бурых углей, грохоченного антрацита марок АС и АМ в паровых котлах производительностью до 25 т/ч, а также древесных отходов в многотопливных котлах паропроизводительностью до 75 т/ч и промышленных печах. В топках за счет движения колосникового полотна происходит непрерывная подача топлива в топочную камеру и удаление шлака. Топка отличается верхним зажиганием, горение происходит в толстом горящем слое.

Рис. 6. Топки механические с чешуйчатой цепной решеткой прямого хода ТЧМ

Т а б л и ц а 11

Технические характеристики

Диапазон изменения нагрузки	50-100 %
Коэффициент избытка воздуха за топкой	не более 1, 5 -1,6
Потери тепла от химического недожога	не более 1,0 %
Потери тепла от механического недожога	не более 10,0 – 13,5 %

Топки механические с чешуйчатой цепной решеткой прямого хода ЧЦР (рис. 7) предназначены для слоевого сжигания каменных и бурых углей и грохоченных антрацитов марок АС и АМ под стационарными паровыми котлами теплопроизводительностью до 50 МВт. Они могут быть использованы в технологических установках с достаточным объемом топочных камер.

Топки ЧЦР не рекомендуются для сжигания антрацитов марок АСШ и АРШ. В топках можно сжигать неспекающиеся или слабоспекающиеся каменные угли, умеренно влажные бурые угли. В топках за счет движения колосникового полотна происходит непрерывная подача топлива в топочную камеру и удаление шлака. Топка отличается верхним зажиганием, горение происходит в толстом горящем слое.

Рис. 7. Топки механические с чешуйчатой цепной решеткой прямого хода ЧЦР

Т а б л и ц а 12

Технические характеристики

Диапазон изменения нагрузки	50-100 %
Коэффициент избытка воздуха за топкой	не более 1, 5 -1,6
Потери тепла от химического недожога	не более 1,0 %
Потери тепла от механического недожога	не более 10,0 – 13,5 %

Топки механические ТНУ-2, ТЛКС(О) (рис. 8) предназначены для сжигания низкосортных углей (отсевов антрацита и каменных углей, шлаков фракции 0-10, 0-13) в паровых котлах паропроизводительностью до 25 т/ч., водогрейных котлах и промышленных печах. Поставляются в районы, как с умеренным, так и тропическим климатом.

Рис. 8. Топки механические ТНУ-2, ТЛКС(О)

Топки относятся к классу механических топочных устройств для сжигания топлива в высокотемпературном кипящем слое. Характерная особенность топок – двухступенчатый процесс горения топлива. Топливо подается на переднюю часть полотна механическим питателем непрерывно.

В первой ступени горение топлива происходит во взвешенном состоянии в кипящем слое в ванне. Здесь происходит интенсивное перемешивание и сгорание топлива по всему объему ванны. Под решетку подается примерно 50 % воздуха. На выходе из кипящего слоя смесь догорает в топочном объеме, куда подается вторичный воздух в виде острого дутья.

Т а б л и ц а 13

Технические характеристики

Диапазон изменения нагрузки	50-100 %
Коэффициент избытка воздуха за топкой	не более 1,15-1,5
Потери тепла от химического недожога	не более 0,5 %
Потери тепла от механического недожога	не более 7,5 %
Основной вид топлива	Отсевы каменных углей и антрацитов
Влажность топлива	не более 8,5%
Зольность топлива	не более 25 %,
Содержание мелочи	(0-1 мм не более 50) %
Максимальный размер куска	13 мм

Топки механические с горизонтально-переталкивающими решетка-ми ТГП (рис. 9) предназначены для сжигания твердого топлива в паровых котлах паропроизводительностью 6,5–25,0 т/ч, водогрейных котлах теплопроизводительностью 6,5–30,0 Гкал/ч и промышленных печах.

Сжигаемое твердое топливо – различные каменные и бурые рядовые угли. Положительной особенностью топок ТГП является простота конструк-ции, шурование слоя топлива. Слоевой процесс получается смешанным, т. к. частицы топлива движутся по зигзагообразным и петлеобразным траекториям. За счет перемешивания частиц топлива улучшаются условия зажигания и снижаются потери тепла с механическим недожогом.

Преимуществом перед механическими топками с цепными решетками является повышенное (в 1,5–2,0 раза) теплонапряжение зеркала горения, что позволяет экономить топливо; стабильная работа за счет уменьшения простоев оборудования из-за отсутствия устройств и механизмов, работающих в очень напряженных условиях (забрасыватели топлива, футеровка фронта).

Рис. 9. Топки механические с горизонтально-переталкивающими решетками ТГП

Колосниковое полотно топок состоит из колосников, изготовленных из жаропрочного чугуна.

Т а б л и ц а 14

Технические характеристики

Диапазон изменения нагрузки	25-100 %
Коэффициент избытка воздуха за топкой	не более 1,4-1,6
Потери тепла от химического недожога	не более 2,0 %
Потери тепла от механического недожога	не более 8,0 – 12,0 %
Основной вид топлива	Каменные и бурые рядовые угли
Влажность топлива	до 40 %
Зольность топлива	35 %,
Содержание мелочи	(0-6 ммдо 60) %

Топки полумеханические ЗП-РПК с пневмомеханическими забрасывателями и решетками с поворотными колосниками (рис. 10) предназначены для сжигания каменных и бурых углей, а также антрацитов под паровыми и водогрейными котлами и в промышленных печах. Топки работают по принципу непрерывного заброса топлива на горящий слой.

Благодаря интенсивному нижнему зажиганию свежего топлива по всей площади решетки топка может работать на трудно воспламеняющихся топливах, а также на бурых углях с большой влажностью.

Рис. 10. Топки полумеханические ЗП-РПК с пневмомеханическими забрасывателями и решетками с поворотными колосниками

Особенностью топок является совмещение механического, как основного, и пневматического заброса топлива, позволяющего оптимизировать горение пылевых фракций в топочном объеме. Конструкция топки позволяет автома-тизировать процесс горения.

Т а б л и ц а 15

Технические характеристики

Диапазон изменения нагрузки	25-100 %
Коэффициент избытка воздуха за топкой	не более 1,4-1,7
Потери тепла от химического недожога	не более 1,0 %
Потери тепла от механического недожога	не более 13,5 %
Основной вид топлива	Каменные и бурые угли, антрацит
Влажность топлива	до 40 %
Зольность топлива	35 %,
Содержание мелочи	(0-6 ммдо 60) %
Максимальный размер куска	40 мм

Решетки РПК с поворотными колосниками и ручным забросом топлива (рис. 11) предназначены для слоевого сжигания каменных и бурых углей, а также антрацитов в паровых и водогрейных котлах и промышленных печах.

Рис. 11. Решетки РПК с поворотными колосниками и ручным забросом топлива

Топливо загружают вручную через загрузочную дверку. Топки ТРПК поставляются одним транспортабельным блоком совместно с фронтом на единой раме.

Т а б л и ц а 16

Технические характеристики

Диапазон изменения нагрузки	25-100 %
Коэффициент избытка воздуха за топкой	не более 1,4-1,7
Потери тепла от химического недожога	не более 2,0 %
Потери тепла от механического недожога	не более 11,0 %
Основной вид топлива	Каменные и бурые угли, антрацит
Влажность топлива	до 40 %
Зольность топлива	35 %,
Содержание мелочи	(0-6 мм до 60) %
Максимальный размер куска	40 мм

Топки ТЗП-РПК с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками (рис. 12) предназначены для сжигания каменных, бурых углей и антрацитов, отвечающих требованиям действующих стандартов на угли для слоевого сжигания.

Рис. 12. Топки ТЗП-РПК с пневмомеханическими забрасывателями и решеткой с поворотными колосниками

Решетки РПК топок поставляются единым блоком, что значительно сок-ращает время их монтажа у заказчика. Теплотехнические характеристики топок аналогичны характеристикам топок ЗП-РПК соответствующих типоразмеров.

2.4. Факельные топки

Факельные топки применяются для сжигания всех видов топлива. При сжигании жидкого и газообразного топлива используются для котлоагрегатов любой мощности, а для твердого топлива – мощности более 20 МВт. Твердое топливо для сжигания в факельных топках должно быть превращено в мелкую пыль. Жидкое топливо предварительно распыляется на мелкие капли, газ предварительной подготовки не требует.

 Топливо перед подачей в факельную топку очищается, измельчается и высушивается в системе пылеприготовления.

2.5. Пылеприготовление

Пылеприготовление топлива – измельчение и сушка твердого топлива, предназначенного для сжигания в камерных топках. Крупность частиц топлива после размола определяется ситовым анализом и колеблется от 01.01.01 мкм (более тонко размалывают угли бедные летучими, например, антрацит). При пылеприготовлении из топлива вначале удаляют неразмалываемые примеси (например, щепу, металлические предметы), затем его предварительно дробят до кусков размером не более 15 мм и окончательно измельчают в мельницах (шаровых барабанных, молотковых и др.). Размол топлива в большинстве случаев совмещается с его подсушкой в единой сушильно-мельничной системе.

Рис. 13. Схема замкнутых индивидуальных систем пылеприготовления:

а – с пылевым бункером; б – с прямым вдувалом; 1 – бункер с сырым углем; 2 – устройство для сушки; 3 – мельница; 4 – сепаратор пыли; 5 – циклон; 6 – бункер

2.6. Камерная топка

Камерная топка выполнена обычно в виде прямоугольной призматической камеры, в которой топливо сгорает в струе воздуха (в факеле). В таких топках сжигают твердое пылевидное топливо под котлами паропроизводительностью от 01.01.01 т/ч и более, а также газообразное и жидкое топливо – под котлами той же и меньшей производительности. Устанавливают камерные топки и к крупным водогрейным котлам.

Камерная топка (рис. 14) состоит из вертикальных стен, потолочного перекрытия и холодной воронки или пода, выложенных из огнеупорных материалов. На внутренних поверхностях камерной топки размещают топочные экраны (изготовляемые из труб диаметром 32 – 76 мм, в которых циркулирует котловая вода), а также потолочный или настенный радиационный пароперегреватель (в паровых котлах).

Топливо вводится в камерную топку вместе с необходимым для горения воздухом через горелочные устройства, которые размещают на стенах топки, а также по ее углам. При сжигании пылевидного топлива часть золы уносится дымовыми газами из топки в газоходы котла; остальная часть золы выпадает из факела в виде капель шлака и удаляется из топки либо в твердом гранулированном, либо в жидком расплавленном виде, стекая с пода топки через летку в шлакоприемное устройство, заполненное водой. В крупных котельных агрегатах, работающих на пылевидном топливе, создают также полуоткрытые камерные топки, которые имеют пережим, разделяющий топку на две части: камеру горения и камеру охлаждения.

Рис. 14. Камерная топка: 1 – горелка; 2 – топочная камера; 3 – обмуровка; 4 – то-почный экран; 5 – потолочный радиационный паропере-греватель; 6 – фестон

Преимущества:

1.  Работают с низким коэффициентом избытка воздуха.

2.  Имеют любую мощность.

3.  Позволяют сжигать разнообразные по качеству топлива (с высокой влажностью, зольностью и несортированные).

4.  Обеспечивают непрерывность процесса горения.

5.  Могут быть полностью механизированы и автоматизированы.

Недостатки пылеугольных топок:

1.  Расход электроэнергии на пылеприготовление.

2.  Значительный унос золы продуктами сгорания.

3.  Неустойчивость работы при пониженных нагрузках котлоагрегата (менее 60 % номинальной).

Несмотря на недостатки, факельный способ широко распространен и вытесняет слоевой, который сохраняется для котлов мощность до 28 МВт.

Пылеугольные топки классифицируются по следующим признакам:

1)  способу удаления шлаков из топочной камеры;

2)  технологической схеме сжигания;

3)  расположению горелок;

4)  расположению сопл вторичного воздуха;

5)  конфигурации;

6)  числу топочных камер.

Факельные топки оказались весьма удобными для сжигания газообразного и жидкого топлива, причем газообразное топливо не требует предварительной подготовки, а жидкое должно быть распылено форсунками.

2.7. Мазутная топка

Топка для сжигания отходов нефтепереработки – мазута. Применяется в котлоагрегатах любой паропроизводительности. Топочная камера, как правило, имеет форму вертикального параллелепипеда.

2.8. Форсунки и горелки

Форсунки и горелки – устройства, используемые для подготовки жидкого топлива к горению, которое заключается в доведении топлива до такого состояния, в котором оно легко перемешивается с воздухом (окислителем). Для подготовки к горению топливо измельчается путем распыления или испаряется посредством нагревания. В соответствии с этим выделяют два класса топлив-ных форсунок – распыливающие и испарительные. Последние называются также горелками. Подготовленное топливо подводится в зону горения, причем форсуночное устройство должно обеспечивать одновремен-ную подачу нужных количеств топлива и воздуха и их равномерное перемешивание.

Топливные форсунки находят применение повсюду, где могут быть использованы нефтепродукты пригодные для сгорания. Наибольшее приме-нение топливные форсунки находят в теплоэнергетике и промышленных технологических процессах.

При сгорании нефтепродуктов образуются газы, состоящие главным образом из двуокиси углерода, водяного пара и азота, которые химически неак-тивны и не оставляют золы. По этой причине топливные форсунки и горелки могут применяться в процессах тонкой химической технологии, связанных с подводом тепла. При использовании высокоэффективных топливных форсунок и подходящих видов топлива продукты сгорания, соприкасаясь с пищевыми продуктами, не загрязняют их. Так, работающие на жидком топливе зерносушилки производят сушку большей части годового урожая зерна, причем в таких сушильных камерах получают более высококачественное зерно с меньшей долей брака, чем зерно, подвергнутое сушке в естественных условиях.

Распылитель форсунки высокого давления имеет от двух до шести тангенциальных топливных каналов в зависимости от производительности агрегата. Через каналы топливо поступает в полость распылителя, закручивается и выбрасывается через сопло. Топливо распыливается, образуя туман из мелких капелек, и поступает в зону горения, куда подается воздух. Искровое устройство воспламенения генерирует разряд, который воспламеняет смесь воздуха с топливом. При этом внутри камеры сгорания со стенками, изготовленными из жаростойкого материала, образуется факел пламени, а поток продуктов сгорания используется в соответствующей теплогенерирующей установке.

Форсунки служат для распыливания мазута, т. к. при горении жидкого топлива в реакцию вступает только его газовая фаза. Размещают форсунки на стенках топки или по ее углам. Воздух для горения подают через амбразуры, расположенные вокруг форсунок. В крупных топках воздух подогревают до 200–400°C, что ускоряет испарение топлива. Топочные экраны изготовляют из труб диаметром 32–76 мм (гладких или с плавниками); обычно камеру экранируют полностью. Мазутные топки проектируют на те же параметры, что и газовые топки.

Рис. 15. Форсунки:

а – центробежная; б – вихревая; в – с вращающимся распылителем; г – струйная; д – штиф-товая; е – для газового распыливания

Подача жидкости в форсунке осуществляется под давлением или при помощи сжатых газа, пара. Вещество из форсунки поступает непрерывно или периодически через короткие промежутки времени. В центробежных, вихревых и с вращающимся распылителем форсунках жидкость приобретает вращательное движение и вытекает из распылителя тонкой пленкой (рис. 15, а, б, в). Вращение жидкости достигается у центробежных форсунках путем подвода ее по каналу 1 по касательной к поверхности камеры 2, у вихревых – в результате движения по винтовым канавкам 3, у форсунок с вращающимся распылителем – вращением корпуса 4. Струйная и штифтовая форсунки подают жидкость через цилиндрические сопла 5, кольцевые 6 и плоские щели (рис. 15, г, д). В распылителях поток приобретает скорости, обеспечивающие дробление жидкости на мелкие капли (механическое распыливание) и их распространение в виде факела в камере сгорания (15, е). В некоторых форсунках для распыливания используется пар или газ, выходящий из распылителя вместе с жидкостью. Наибольший угол конуса (до 180°) при вершине имеет факел при истечении вращающейся жидкости, наименьший (10–20°) – у струйных форсунок, когда жидкость вытекает из цилиндрического сопла. Форсунка мо-жет иметь клапан, например игольчатый 7, с помощью которого осущест-вляется изменение количества подаваемого вещества, начало и конец подачи. Управление работой клапана производится вручную, давлением подаваемой жидкости или автоматическими устройствами. Форсунки, применяемые для распыливания газового и пылевидного топлива, называются горелками.

2.9. Газовая топка

Газовая топка котла или промышленной печи оборудована газовыми горелками, предназначенными для сжигания газообразного топлива. Преимущества газовой топки – простота обслуживания, отсутствие шлака. Топки котлов большой мощности часто рассчитывают на сжигание двух видов топлива: газ-мазут или уголь-газ, для чего применяются комбинированные газомазутные и пылегазовые горелки. Основным газообразным топливом для котлов является природный газ; в печах используются также доменные, генераторные и другие газы.  

Газовая горелка, устройство для смешения воздуха (кислорода) с газообразным топливом с целью подачи смеси к выходному отверстию и сжигания ее здесь с образованием устойчивого фронта горения (факела). Основ-ные элементы газовой горелки: смеситель и горелочная насадка со стабили-зирующим устройством. В зависимости от назначения и условий эксплуатации газовой горелки ее элементы имеют различное конструктивное исполнение.

В диффузионных газовых горелках в камеру сжигания подводятся газ и воздух. Смешение газа и воздуха происходит в камере горения. Большинство диффузионных газовых горелок монтируют на стенках топки или печи. В котлах получили распространение подовые газовые горелки, которые размещаются внутри топки, в нижней ее части. Подовая горелка состоит из одной или нескольких газораспределительных труб, в которых просверлены отверстия. Труба с отверстиями устанавливается на колосниковой решетке или поду топки в щелевом канале, выложенным из огнеупорного кирпича. Через огнеупорный щелевой канал поступает требуемое количество воздуха. При таком устройстве горение струек газа, выходящих из отверстий в трубе, начинается в огнеупорном канале и заканчивается в топочном объеме. Подовые горелки создают малое сопротивление прохождению газа, поэтому они могут работать без принудительного дутья. Характеризуются более равномерной температурой по длине факела. Однако эти горелки требуют повышенного коэффициента избытка воздуха (по сравнению с инжекционными), создают более низкие тепловые напряжения топочного объема и худшие условия для догорания газа в хвостовой части факела, что может приводить к неполному сгоранию газа.

Диффузионные газовые горелки применяют в промышленных печах и котлах, где требуется равномерная температура по длине факела.

В инжекционных горелках воздух для горения засасывается (инжектируется) за счет энергии струи газа, и их взаимное смешение происходит внутри корпуса горелки. Иногда в инжекционных горелках подсасывание необходимого количества горючего газа, давление которого близко к атмосферному, осуществляется энергией струи воздуха. В горелках полного смешения (с газом перемешивается весь необходимый для горения воздух), работающих на газе среднего давления, образуется короткий факел пламени, а горение завершается в минимальном топочном объеме.

Рис. 16. Инжекционная излучающая панельная газовая горелка производительностью до 720 МДж/ч

В инжекционные горелки частичного смешения поступает только часть (40–60 %) требующегося для горения воздуха (первичный воздух), который и смешивается с газом. Остальное количество воздуха (вторичный воздух) поступает к факелу пламени из атмосферы за счет инжектирующего действия газовоздушных струй и разрежения в топках. В отличие от инжекционных горелок среднего давления, в горелках низкого давления образуется однородная газовоздушная смесь с содержанием газа больше верхнего предела воспламенения; эти горелки устойчивы в работе и имеют широкий диапазон тепловой нагрузки.

Для устойчивого горения газовоздушной смеси в инжекционных горелках среднего и высокого давления применяют стабилизаторы: дополнительные поджигающие факелы вокруг основного потока (горелки с кольцевым стабилизатором), керамические туннели, внутри которых происходит горение газовоздушной смеси, и пластинчатые стабилизаторы, создающие завихрение на пути потока. В топках значительных размеров инжекционные горелки собирают в блоки из двух и более горелок.

Для оперативного перехода с одного вила топлива на другой (особенно в зимние месяцы), а также для совместного сжигания различных видов топлива используют комбинированные горелки: газомазутные и пылегазовые.

Комбинированные горелки применяют также, когда требуется создать светящееся пламя или когда на газе невозможно обеспечить нужную температуру в топке.

Газомазутная горелка (рис. 17) состоит из газовой, воздушной и жидкостной частей, обеспечивающих соответственно подвод необходимого количества для сжигания газа, воздуха и мазута. В пылегазовой горелке для сжигания природного газа в крупных котлах электрических станций газ поступает через периферийные отверстия и направляется к центру, смешиваясь по пути с закрученным потоком воздуха. Горелка снабжена телескопическим устройством с винтовым приводом, позволяющим убирать внутрь трубу, по которой при работе котлов на газовом топливе подается в топку воздушно-пылевая смесь. Телескопическое устройство препятствует попаданию пыли в щели между передвижной и стационарной частями трубы.

Рис. 17. Комбинированная газомазутная горелка: 1 – корпус; 2 – камера смешения; 3 – регулятор подачи мазута

В 50-х гг. XX в. получили распространение вихревые (или циклонные) топки, в которых частицы твердого топлива (размером до нескольких десятков миллиметров) почти полностью сгорают в камере-предтопке, где создается газо-воздушный вихрь. Факельные и вихревые топки объединяются в общий класс камерных топок.

2.10. Вихревые топки

Вихревые топки (рис. 18) применяются для сжигания всех видов топлива. В этих топках создается циркуляционное движение топлива в газовоздушном вихре, что увеличивает время пребывания топлива в топочной камере и обеспечивает большую устойчивость горения. Топливо перед сжиганием готовится также, как и для факельных топок.

Подвижное топливо (угольная пыль, мазут или топливный газ) вводится в топку горелкой, в которой струя топлива смешивается с сильно закрученным потоком воздуха. Например, угольная пыль сначала подхватывается потоком первичного воздуха. Горелка придает этому вращающемуся потоку форму узкого конуса. Затем к нему подводится полный поток вторичного воздуха, и конус дополнительно закручивается.

Рис. 18. Вихревая горелка для сжигания смеси угольной пыли с воздухом

Вихревой называется циклонная топка, в которой осуществляется спиральное движение газовоздушного потока, несущего частицы топлива и шлака. Вихревая топка используются в качестве предтопков камерных топок на тепловых электростанциях и как технологические печи, например, для обжига медных руд. В вихревых топках частицы топлива поддерживаются во взвешенном состоянии за счет несущей силы мощного вихря, вследствие чего в ней не выпадают даже крупные частицы (5 – 10 мм и более). В современных вихревых топках сжигаются куски твердого топлива размером 2 – 100 мм, при скорости струи подаваемого воздуха 30 – 150 м/сек. Существуют горизонталь-ные (рис. 19) и вертикальные циклонные предтопки, причем последние применяются значительно реже. Диаметр (D) горизонтальных циклонных предтопков – 1,2 – 4 м, относительная длина их (L/D) не превышает 1,5 – 1,6. Топки этого типа широко используются за рубежом.

Рис. 19. Горизонтальный циклонный предтопок: 1 – ввод вторичного воздуха; 2 – выход продуктов сгорания; 3 – выход жидкого топлива

Вихревые топки характеризуются высоким тепловым напряжением сечения топочной камеры 42 – 63 Гдж/(м2·ч) ее объема (8,5 – 21) Гдж/(м3·ч) и степенью улавливания шлака до 90 %. В камерной топке тепловое напряжение объема в 10–20 раз меньше, а степень улавливания шлака не превышает 80 %. Одна крупная вихревая топка позволяет обеспечить паропроизводительность котла лишь до 150 – 180 т/ч, поэтому у котлов большой мощности устанавли-вают до 12 – 14 горизонтальных циклонных предтопков. Область их примене-ния – котлоагрегаты средней и высокой паропроизводительности (до 2000 т/ч и более). В отличие от газовых и мазутных топок, в пылеугольных топках во избежание шлакования конвективных поверхностей нагрева продукты сгорания должны иметь температуру меньше, чем температура плавления шлака. Для этого стены топок сплошь покрывают топочными экранами.

3. КОТЛЫ

3.1. Типы паровых котлов

Существуют два основных типа паровых котлов: газо- и водотрубные. Все котлы (жаротрубные, дымогарные и дымогарно-жаротрубные), в которых высокотемпературные газы проходят внутри жаровых и дымогарных труб, отдавая тепло воде, окружающей трубы, называются газотрубными. В водотрубных котлах по трубам протекает нагреваемая вода, а топочные газы омывают трубы снаружи. Газотрубные котлы опираются на боковые стенки топки, тогда как водотрубные обычно крепятся к каркасу котла или здания.

Газотрубные котлы

В современной теплоэнергетике применение газотрубных котлов (рис. 20) ограничивается тепловой мощностью около 360 кВт и рабочим давлением около 1 МПа. При проектировании сосуда высокого давления, каким является котел, толщина стенки определяется заданными значениями диаметра, рабочего давления и температуры.

Рис. 20. Горизонтальный оборотный дымогарный газотрубный паровой котел: 1 – подвод топлива и воздуха; 2 – топочная камера; 3 – дымогарные трубы прямого прохода; 4 – дымогарные трубы обратного прохода; 5 – задняя трубная решетка; 6 – вход воды; 7 – выход пара; 8 – сепаратор пара; 9 – барабан; 10 – пар; 11 – вода; 12 – водомерное стекло; 13 – дымоход к дымовой трубе; 14 – дымовой короб; 15 – слив

При превышении указанных предельных параметров требуемая толщина стенки оказывается неприемлемо большой. Кроме того, необходимо учитывать требования безопасности, т. к. взрыв крупного парового котла, сопровождаю-щийся мгновенным выбросом больших объемов пара, может привести к катастрофе.

При современном уровне техники и существующих требованиях к безопасности газотрубные котлы можно считать устаревшими, хотя еще находятся в эксплуатации многие тысячи таких котлов тепловой мощностью до 700 кВт, обслуживающих промышленные предприятия и жилые здания.

Водотрубные котлы

Водотрубный котел был разработан в связи с непрерывно растущими требованиями повышения паропроизводительности и давления пара. Дело в том, что, когда пар и вода повышенного давления находятся в трубе не очень большого диаметра, требования к толщине стенки оказываются умеренными и легко выполнимыми. Водотрубные паровые котлы по конструкции значительно сложнее газотрубных. Однако они быстро разогреваются, практически безопасны в отношении взрыва, легко регулируются в соответствии с изменениями нагрузки, просты в транспортировке, легко перестраиваемы в проектных решениях и допускают значительную перегрузку. Недостатком водотрубного котла является то, что в его конструкции много агрегатов и узлов, соединения которых не должны допускать протечек при высоких давлениях и температурах. Кроме того, к агрегатам такого котла, работающим под давлением, затруднен доступ при ремонте.

Водотрубный котел состоит из пучков труб, присоединенных своими концами к барабану (или барабанам) умеренного диаметра, причем вся система монтируется над топочной камерой и заключается в наружный кожух. Направляющие перегородки заставляют топочные газы несколько раз проходить через трубные пучки, благодаря чему обеспечивается более полная теплоотдача. Барабаны (разной конструкции) служат резервуарами воды и пара; их диаметр выбирается минимальным во избежание трудностей характерных для газотрубных котлов. Водотрубные котлы бывают следующих типов: горизонтальные с продольным или поперечным барабаном; вертикальные с одним или несколькими паровыми барабанами; радиационные; вертикальные с вертикальным или поперечным барабаном и комбинации перечисленных вариантов, в некоторых случаях с принудительной циркуляцией.

Топочные экраны

В топках водотрубных котлов часто предусматривают радиационные экраны, которые позволяют повысить тепловыделение в топке при меньшей тепловой нагрузке на ее стенки. Благодаря этому снижаются затраты времени на техническое обслуживание и повышается кпд, а кроме того, существенно снижаются требования к теплоизоляции стенок. Экраны выполняют в виде частых труб, по которым проходит котловая вода; образующийся в них пар отводится в паровой барабан. Такими экранами обычно защищают (полностью или частично) стены котельной установки. Трубы могут быть гладкими, с проставкой, плавниковыми, ошипованными, с огнеупорной обмазкой.

Горизонтальный водотрубный котел

Для паровых котлов такого типа характерно наличие коллекторов, соединяющихся с навесным барабаном, который может быть расположен либо вдоль топочной камеры, (продольный барабан), либо поперек (поперечный барабан) (рис. 21).

Рис. 21. Продольный горизонтальный водотрубный паровой котел: 1 – подвод топлива и воздуха; 2 – огнеупорная топочная камера; 3 – водяные трубы; 4 – передний коллектор (пароводяная смесь); 5 – первый проход; 6 – второй проход; 7 – третий проход; 8 – направляющие перегородки; 9 – дымовой короб; 10 – дымоход к дымовой трубе; 11 – задний коллектор (вода); 12 – слив; 13 – вход воды; 14 – выход пара; 15 – сепаратор пара; 16 – барабан; 17 – водомерное стекло; 18 – пар; 19 – пароводяная смесь

Вертикальный водотрубный котел

В вертикальном паровом котле имеются два или несколько барабанов, установленных на разной высоте, причем зеркало воды находится в самом верхнем из них (рис. 22). Трубы присоединяются непосредственно к барабану. Вблизи места присоединения они изгибаются так, что образуют ряд пучков. Поток горячих газов перегородками направляется поперек труб. Такая конструкция позволяет легко изменять геометрию поверхности нагрева.

Рис. 22. Двухбарабанный вертикальный водотрубный паровой котел с экранированной топкой: 1 – подвод топлива и воздуха; 2 – экра-нированная (радиационная) топочная камера; 3 – огнеупорная обмазка или металлическая обшивка труб экрана; 4 – трубы экрана; 5 – вода; 6 – цилиндрический водяной барабан; 7 – слив; 8 – вертикальные водяные трубы; 9 – направ-ляющие перегородки; 10 – дымоход к дымовой трубе; 11 – вход воды; 12 – цилиндрический паровой барабан; 13 – выход пара; 14 – пар; 15 – кипящая вода

Радиационные котлы

Радиационные паровые котлы или их топки оборудуются:

а) широкими коллекторными трубами (узкими барабанами), проходящими горизонтально в верхней и нижней части стенки топки;

б) системой вертикальных труб, присоединенных непосредственно к основным барабанам.

В варианте «а» коллекторы соединены между собой тонкими частыми вертикальными трубами, образующими настенные экраны. Лучистая теплота из зоны горения заставляет воду в этих трубах испаряться, а горячий пар, поднимаясь между коллекторами, присоединенными к основным барабанам, вызывает циркуляцию. По той же схеме устроены потолочные и напольные экраны. Трубы не имеют изоляции, и лишь в высокотемпературной зоне предусматриваются огнеупорная обмазка или чугунные защитные панели. В некоторых случаях парообразование в экранах играет главную роль, а обычные воднотрубные конвективные теплообменные поверхности лишь защищают основной барабан от радиационного перегрева.

Прямоточные котлы

Прямоточные паровые котлы могут работать как в докритическом, так и в сверхкритическом режимах. В трубы котла насосом подается питательная вода, и она за один проход набирает достаточно тепла, чтобы превратиться в пар высокого давления. Теплообмен в основном осуществляется в многочисленных параллельно включенных экранных панелях, окружающих топочную камеру. Прямоточные котлы применяются главным образом на крупных электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Благодаря своему широкому диапазону рабочих условий они отличаются простотой пуска и перехода с режима на режим.

Секционированные чугунные котлы

Широко распространенный секционированный чугунный отопительный котел рассчитан на максимальное избыточное давление около 100 кПа. Он состоит из отдельных чугунных секций, собираемых вместе подобно радиаторам центрального отопления. В крупных паровых котлах такого типа пар из каждой секции поступает в продольный верхний коллектор, а конденсат возвращается по двум нижним продольным коллекторам, расположенным по разные стороны секций.

Основное достоинство такого котла состоит в легкости его демонтажа на небольшие блоки. Кроме того, при необходимости его легко наращивать. Одна-ко в случае слишком быстрого разогрева при холодном пуске такой котел мо-жет дать трещину; для ремонта же, скажем, средней секции необходима полная разборка. Секционированные котлы работают с довольно высоким кпд и быст-ро разогреваются, поскольку внутренние поверхности секций образуют непос-редственно топочную камеру. Чугунные секции такого котла не гарантируют безопасной работы при высоких давлениях пара, поэтому его тепловая мощ-ность не превышает примерно 200 кВт, а максимальная производительность составляет около 4300 кг пара в час. Для этого требуется тепловыделение топлива ~12 ГДж/ч, что соответствует сжиганию около 300 кг антрацита в час.

3.2. Некоторые виды модернизированных котлов

Водогрейные котлы ЭЧМ-25/35 (рис. 23) предназначены для производ-ства горячей воды в системах промышленного и бытового теплоснабжения. Котлы модернизированы.

Особенность данной реконструкции заключалась в том, что в окончатель-ном варианте вместо двух фронтальных горелок на фронте котла установлен горизонтальный циклонный предтопок мощностью 64 МВт (55 Гкал/ч), под углом к горизонту топки 9°. Кроме того, в топке котла установлены ширмовые поверхности нагрева. В результате модернизации номинальная нагрузка котла увеличена с 35 до 50 Гкал/час, при кпд брутто 90%.

Рис. 23. Водогрейные котлы ЭЧМ-25/35

Срок службы поверхностей нагрева конвективной части увеличен в три раза. Установка предтопков предусматривается с фронта котла и на боковых экранах. Исследование аэродинамики, тепловых потоков и многолетняя эксплуатация показали преимущество встречной компоновки предтопков.

Паровые котлы БКЗ-75-39 МЦ водотрубные, однобарабанные, с естественной циркуляцией (рис. 24).

Рис. 24. Паровые котлы БКЗ-75-39 МЦ

Котлы были переведены со сжигания угольной пыли на циклонно-вихревое сжигание мазута. Два циклонных предтопка мощностью 50 МВт размещены на боковых экранах котла. Вместо рекуперативного воздухоподог-ревателя установлены водогрейные пакеты, что позволило сделать котел пароводогрейным. Суммарная тепловая мощность котла увеличена на 25%, при кпд брутто 91%.

Котельный агрегат БКЗ 120-100 ГМ (рис. 25) паропроизводительностью 120 т/ч, основное топливо газ, резервное – сырая нефть. В заводском варианте котел оснащен восемью газомазутными и двумя мазутными горелками, уста-новленными в три яруса на фронте. Реконструирован с заменой горелок на два циклонных предтопка единичной мощностью 64 МВт, расположенных в два яруса на правом боковом экране. Кроме этого на котле проведена замена третьей ступени воздухоподогревателя на дополнительную ступень экономай-зера. Максимальная мощность, достигнутая на данном котле, составляет 147 т/ч, при кпд брутто 92,2%. Циклонные предтопки данного котла позволяют работать как на газе и нефти, так и на двух видах топлива в любых пропорциях, т. е. являются топливно-реверсивными. В циклонном варианте котел отличается повышенной маневренностью, сочетающейся с простым управлением.

Рис. 25. Котельный агрегат БКЗ 120-100 ГМ

Паровые котлы ДКВр-20/13, водотрубные, с естественной циркуляцией (рис. 26). Котлы предназначены для выработки насыщенного пара, используемого для технологических нужд промышленных предприятий и для теплоснабжения.

Рис. 26. Паровые котлы ДКВр-20/13

По проекту модернизации вместо трех фронтовых горелок смонтирован один циклонный предтопок мощностью 18 МВт. Номинальная мощность котла увеличена до 27 т/ч, при кпд брутто 92 %.

Водогрейные котлы КВ-ГМ-20 МЦ (рис. 27) предназначены для полу-чения горячей воды в системах промышленного и бытового теплоснабжения, а также для технических целей. Котлы модернизированы. Вместо ротационных горелок установлены циклонно-вихревые предтопки мощностью 29 МВт (25 Гкал/ч). Техническое решение предусматривает повышение мощности, на-дежности, экологичности котла и упрощение схемы управления котлом.

Рис. 27. Водогрейные котлы КВ-ГМ-20 МЦ

Водогрейный котел КВ-ГМ-100 (рис. 28) предназначен для производства горячей воды в системы промышленного и бытового теплоснабжения. Их модернизация предусматривала замену ротационных горелок на циклонные предтопки предельной мощностью 70 МВт (60 Гкал/ч) и установку дополнительного конвективного пакета.

Получено увеличение номинальной мощности на 20 %. Кроме этого на котлах реализована система циклонного термообезвреживания замазученной воды и пневмоимпульсная установка для очистки конвективных поверхностей нагрева от наружных отложений.

Рис. 28. Водогрейный котел КВ-ГМ-100

Паровые котлы Б-35-40, водотрубные, однобарабанные, с естественной циркуляцией (рис. 29). Котлы предназначены для работы в районах с сейсмичностью до 7 баллов включительно по шкале MSK. При модернизации, вместо вихревых горелок установлено по два предтопка ЦМКТ мощностью 22 МВт (18 Гкал/ч) каждый.

В конструкцию топки и предопков заложены решения по подавлению вредных выбросов. Теплопроизводительность увеличена с 35 до 50 т/ч, при кпд брутто 92%.

Рис. 29. Паровые котлы Б-35-40

Водогрейные котлы ПТВМ-30 (рис. 30) предназначены для работы в пиковом режиме догревания горячей воды в системах промышленного и бытового теплоснабжения. В результате модернизации, предусматривающей замену прямоточных горелок на два циклонных предтопка мощностью по 22 МВт (18 Гкал/ч) каждый, мощность котла увеличилась на 10 %, при кпд брутто 90 %.

Рис. 30. Водогрейные котлы ПТВМ-30

Пиковый теплофикационный водогрейный котел ПТВМ 180 МЦ теплопроизводительностью 180 Гкал/ч предназначен для покрытия пиков теплофикационных нагрузок (рис. 31).

Котел водотрубный, прямоточный, башенного типа. Модернизирован с заменой 20 горелок на 4 циклонных предтопка, предельной мощностью 70 МВт (60 Гкал/ч). В результате увеличилась номинальная теплопроизво-дительность до 200 Гкал/ч, при кпд брутто 89 %.

Рис. 31. Пиковый теплофикационный водогрейный котел ПТВМ 180 МЦ

Паровой котел ДЕ 25-24/380 МЦ (рис. 32) предназначен для выработки перегретого пара, используемого для технологических нужд и привода паровой турбины. Котел двухбарабанный вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией.

Рис. 32. Паровой котел ДЕ 25-24/380 МЦ

Модернизирован. Вместо горелки ГМП-16 установлен циклонный предтопок единичной мощностью 20 МВт. Теплопроизводительность котла увеличилась до 27 т/ч, при кпд брутто 91,5 %.

Паровой котел В & W (Дп=120 т/ч), водотрубный, однобарабанный с естественной циркуляцией (рис. 33).

Рис. 33. Паровой котел В & W

Котел модернизирован с заменой фронтовых вихревых пылеугольных горелок на циклонные предтопки мощностью 50 МВт, расположенные встречно на боковых экранах. Вместо рекуперативного воздухоподогревателя установлен водогрейный контур. Реконструкция позволила на 15 % увеличить тепловую мощность котла, при кпд брутто 95 %. Из опыта эксплуатации модернизиро-ванных котлов следует, что использование циклонно-вихревого метода сжига-ния жидкого и газообразного топлива, кроме увеличения теплопроизводитель-ности и снижения удельного расхода топлива, позволяет снизить выбросы окислов азота до уровня не превышающего нормы ПРК; уменьшить затраты электроэнергии на тягу и дутье на 10 – 20 %; значительно упростить систему управления котлоагрегата; повысить надежность процесса горения; уменьшить натрубные отложения; увеличить срок службы поверхностей нагрева. Применение циклонного термообезвреживания позволяет утилизировать замазученные воды и снизить концентрацию окислов азота в уходящих газах до 30 %. По общему мнению инженерно-технического персонала котельных, внедрение циклонно-вихревой технологии выводит на новый уровень культуру эксплуатации оборудования.

3.3. Технические характеристики и принцип действия основных промышленных котлов

3.3.1. Паровые котлы серии «ДКВр»

ДКВр – двухбарабанный котел вертикально-водотрубный реконструиро-ванный. Паровые котлы ДКВр начали выпускаться с середины 50-х гг. ХХ в. Первым их производство освоил Бийский котельный завод. В настоящее время производство котлов ДКВр освоено предприятиями промышленной группы «Генерация».

Т а б л и ц а 17

Технические характеристики котлов серии «ДКВр»

Показатель	ДКВр 2,5/13 ГМ	ДКВр 4,0/13 ГМ	ДКВр 6,5/13 ГМ	ДКВр 10/13 ГМ	ДКВр 20/13 ГМ
Паропроизводительность, т/ч	2,5	4,0	6,5	10	20
Давление пара, МПа (кгс/см2)	1,3(13)	1,3(13)	1,3(13)	1,3(13)	1,3(13)
Температура пара, оС	194	194	194	194	194
Поверхность нагрева котла, м3: - радиационная - конвективная - общая	17,7 73,6 91,3	21,4 116,9 138,3	27,9 197,4 225,8	47,9 229.1 227,0	51,3 357,4 408.7
Объем котла, м3: - паровой - водяной	1,57 4,00	2,05 5,55	2,55 7,80	2,63 9,11	1,80 10,5
Расход топлива, кг/ч : - газа - мазута	210 200	310 320	550 700	840 1060	2060 1960
Расчетный КПД, %: - газ - мазут	90 88,8	90 88,8	91 89,5	91 89,5	92 90
Габаритные размеры, мм: - длина - ширина - высота	4120 3200 4343	5410 3430 4345	6520 3830 4345	6860 3830 6315	9775 3215 7660
Масса, кг	7068	7800	12200	16000	43700

Первая цифра -после наименования обозначает паропроизводительность

( 2,5; 4;6.5; 10; 20) т/ч (тонн в час)

Вторая цифра - избыточное давление пара на выходе из котла кгс\см2
(13; 23; 39) МПа (Мега Паскалей)

Третья цифра - температура перегретого пара С* (250; 370; 440) С* (Цельсия)

Буквенное сокращение обозначают тип горелки

Назначение котлов

Паровые котлы ДКВр-2,5; ДКВр-4; ДКВр-6,5 и ДКВр-10 с газомазутными топками – двухбарабанные, вертикально-водотрубные предназначены для выработки насыщенного или слабоперегретого пара, идущего на технологические нужды промышленных предприятий, в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Эксплуатационные параметры

Многочисленные испытания и длительный опыт эксплуатации большого числа котлов ДКВр подтвердили их надежную работу на пониженном, по сравнению с номинальным, давлении. Минимальное допустимое давление (абсолютное) для котлов ДКВР-2,5; 4; 6,5; 10 = 0,7 МПа (7 кгс/см 2).

С уменьшением рабочего давления кпд котлоагрегата не уменьшается, что подтверждено сравнительными тепловыми расчетами котлов на номинальном и пониженном давлениях. Элементы котлов рассчитаны на рабочее давление 1,4 МПа, безопасность их работы обеспечивается установленными на котле предохранительными клапанами. С понижением давления в котлах до 0,7 МПа комплектация котлов экономайзерами не изменяется, т. к. в этом случае недогрев воды в питательных экономайзерах до температуры насыщения пара в котле составляет более 20°С, что соответствует требованиям правил Госгортехнадзора.

Котел ДКВр 6.5-13 пмз-рпк для сжигания твердых видов топлива с механической подачей топлива и ручными поворотными колосниками: Заводское обозначение котла ДКВр-6,5-13ПМЗ-РПК Вид топлива Уголь Паропроизводительность т/ч 6,5 Давление пара, МПа 1,3 (13) Температура насыщенного пара °С 194 Расчетный КПД, % 86,2 Длина (мм) 8526 Ширина (мм) 4695 Высота (мм) 5170 Масса котла в объеме заводской поставки, кг 11447

Устройство и принцип работы парового котла ДКВр

Конструктивная схема котлов серии ДКВр паропроизводительностью до 10 т/ч одинаково независима от используемого топлива и применяемого топочного устройства.

Котел имеет верхний длинный и нижний короткий барабаны, расположенные вдоль оси котла. Котлы имеют экранированную топочную камеру и развитый кипятильный пучок из гнутых труб (рис. 34).

Рис. 34. Схема котла ДКВр

Для устранения затягивания пламени в пучок и уменьшения потерь с уносом и химическим недожогом топочная камера котлов ДКВр-2,5, ДКВр-4, ДКВр-6,5 делится шамотной перегородкой на две части: собственно топку и камеру догорания. На котлах ДКВр-10 камера догорания отделяется от топки трубами заднего экрана. Между первым и вторым рядами труб котельного пучка всех котлов также устанавливается шамотная перегородка, отделяющая пучок от камеры догорания.

а

б в

Рис. 35. Схемы барабанов котлов ДКВр:

а – верхний барабан; б – вид сбоку; в – нижний барабан

Внутри котельного пучка имеется чугунная перегородка, которая делит его на первый и второй газоходы и обеспечивает горизонтальный разворот газов в пучках при поперечном омывании труб.

Вход газов из топки в камеру догорания и выход газов из котла – асимметричные. При наличии пароперегревателя часть кипятильных труб не устанавливается; пароперегреватели размещаются в первом газоходе после второго – третьего рядов кипятильных труб.

Котлы имеют два барабана – верхний (длинный), нижний (короткий) и трубную систему (рис. 35).

Т а б л и ц а 18

Габаритные размеры барабанов к котлам ДКВр

Габаритные размеры, мм	ДКВр - 4	ДКВр-6,5	ДКВр-10	ДКВр-20
L, мм	5418	6680	6990	5300
L1, мм	2414	3266	3587	5300

Для осмотра барабанов и установки в них устройств, а также для чистки труб на днищах имеются овальные лазы размером 325x400мм. Барабаны внутренним диаметром 1000 мм на давление 1,4 МПа изготавливаются из стали 16ГС или 09Г2С и имеют толщину стенки 13 мм. Экраны и кипятильные пучки котлов выполняются из стальных бесшовных труб.

Все котлы снабжены внутрибарабанными паросепарационными устройствами для получения пара. Котлы ДКВр-2,5, ДКВр-4 и ДКВр-6,5, поставка которых может осуществляться одним транспортабельным блоком и в разобранном виде, имеют опорную раму сварной конструкции, выполненную из стального проката.

Рис. 36. Схема циркуляции котла типа ДКВр: 1 - вторая ступень испарения; 2 - фронтовой экран; 3 - камера; 4 - непрерывная продувка; 5 - рециркуляционные трубы; 6 - трубы; 7 - верхняя камера; 8 - выносные циклоны; 9 - трубы; 10, 11 - верхние камеры; 12, 13 - трубы; 14 - сепарационное устройство; 15 - питательные линии; 16 - верхний барабан; 17 - нижний барабан; 18 - кипятильный пучок; 19, 20, 23, 24 - нижние камеры; 21 - подпнточные трубы; 22 - боковые экраны; 25 - перепускная труба; 26 - опускные трубы; 27, 29, 30, 31 - трубы; 28 - пароотводящие трубы

Котлы ДКВр-10 опорной рамы не имеют. Неподвижной, жестко закрепленной точкой котла является передняя опора нижнего барабана. Остальные опоры нижнего барабана и камер боковых экранов выполнены скользящими. Камеры фронтового и заднего экранов крепятся кронштейнами к обдувочному каркасу. Камеры боковых экранов крепятся к опорной раме.

Для удаления отложений шлама в котлах имеются торцевые лючки на нижних камерах экранов, для периодической продувки камер имеются штуцеры, диаметром 32x3 мм.

Питательная вода поступает в верхний барабан по двум питательным линиям, откуда по последним рядам труб конвективного пучка поступает в нижний барабан (рис. 36). Питание экранов производится необогреваемыми трубами из верхнего и нижнего барабанов. Фронтовой экран котла ДКВр питается водой из опускных труб верхнего барабана, задний экран – опускных труб нижнего барабана. Пароводяная смесь из экранов и подъемных труб пучка поступает в верхний барабан. Пароперегреватели котлов типа ДКВр, расположенные в первом по ходу газов газоходе, унифицированы по профилю для котлов одинаковых давлений и отличаются для котлов разной производительности лишь числом параллельных змеевиков.

Пароперегреватели – одноходовые по пару, обеспечивают получение перегретого пара без применения пароохладителей. Камера перегретого пара крепится к верхнему барабану, одна опора этой камеры делается неподвижной, а другая – подвижной.

КИПиА котла ДКВр

Котел снабжен контрольно-измерительными приборами и необходимой арматурой. На котлах ДКВр устанавливается следующая арматура:

-  предохранительные клапаны;

-  манометры и трехходовые краны к ним;

-  рамки указателей уровня со стеклами и запорные устройства указателей уровня;

-  запорные вентили и обратные клапаны питания котлов;

-  запорные вентили продувки барабанов, камер экранов, регулятора питания и пароперегревателя;

-  запорные вентили отбора насыщенного пара (для котлов без пароперегревателей);

-  запорные вентили для отбора перегретого пара (для котлов с пароперегревателями);

-  запорные вентили на линии обдувки и прогрева нижнего барабана при растопке котлов (для котлов ДКВр-10);

-  вентили для спуска воды из нижнего барабана;

-  запорные вентили на линии ввода химикатов;

-  вентили для отбора проб пара.

Для котлов серии ДКВр-10 поставляются также запорный и игольчатый вентили для непрерывной продувки верхнего барабана.

На газоходах котлов устанавливается чугунная гарнитура.

Преимущества парового котла ДКВр перед другими паровыми котлами:

-  широкий диапазон регулирования производительности (от 40 до 120 % от номинала) позволяет использовать котел с максимальной эффективностью и значительно экономить затраты на теплоэнергоснабжение;

-  возможность перевода с одного вида топлива на другой;

-  разборная конструкция котла позволяет устанавливать их в сущест-вующих котельных, не разрушая стены, и быстро подключить к уже существующим системам;

-  надежные гидравлическая и аэродинамическая схемы работы котла обеспечивают высокий кпд – до 91 %;

-  возможность перевода котла в водогрейный режим;

-  конструкция котла позволяет использовать под заказ различные варианты комплектации КИПиА, в том числе автоматизированными горелками;

-  низкий уровень затрат на эксплуатацию и обслуживание;

-  котлы ДКВР производства промышленной группы «Генерация» обладают повышенной надежностью. Ресурс работы котлов около 25 лет, заводская гарантия – 2 года;

-  соединения трубной системы котла ДКВр с барабаном вальцованные, а не сварные, что повышает ремонтопригодность и надежность котла;

-  использование автоматизированных комплексов сварки позволяет изготавливать барабаны ДКВр высокого качества.

Недостатки:

-  большие присосы воздуха в конвективную часть поверхности нагрева и водяной экономайзер;

-  недостаточная степень заводской готовности;

-  более низкие эксплуатационные кпд по сравнению с расчетными.

3.3.2. Паровые котлы серии «Е»

Основные области применения паровых котлов серии «Е»:

–  отопление городов, поселков;

–  изготовление железобетонных изделий;

–  использование в прачечных, химчистках, банях;

–  на шахтах и в службах железнодорожного транспорта;

–  в лесхозах, на сахарных заводах, хлебозаводах и других предприятиях легкой, пищевой промышленности и тяжелой индустрии.

Паровые котлы Е-1,0-0,9 могут эффективно применяться для переработки и консервирования мясной и молочной продукции как на крупных, так и на небольших предприятиях пищевой промышленности. Они незаменимы и на малых фермах, и на перерабатывающих производствах больших сельско-хозяйственных комплексов: использование младших моделей паровых котлов ряда «Е» дает возможность экономически эффективно и оперативно производить консервирование овощей и фруктов в сельском хозяйстве. Эти котлы широко используются также для пропаривания кормов в животноводстве.

Преимущества паровых котлов ряда «Е»

1.  Выпускается широкий модельный ряд котлоагрегатов, работающих на различных видах топлива: природном газе, угле, мазуте, сырой нефти.

2.  Для нефтяной отрасли выпускается котел Е-1,0-0,9 с топочным устройством для сжигания сырой нефти. Такие котлы особенно удобны для отопления и получения горячего пара на нефтедобывающих предприятиях, в частности – при географической удаленности рабочих площадок таких предприятий.

3.  На базе паровых котлов серии «Е» изготавливаются модульные котельные установки УКМ паропроизводительностью от 1 до 5 т пара в час.

4.  Котлы не требует экономайзера.

5.  Малоблочная конструкция котла дает возможность компактно (на одной раме с агрегатом) устанавливать дымосос, вентилятор и питательный насос.

6.  Пониженное по сравнению с паровыми котлами ряда ДЕ давление пара при высоком (до 90 %) кпд.

7.  Малые габариты существенно снижают требования к площади помещений для установки котла.

8.  Простота и надежность в эксплуатации любого из котлов серии.

 Благодаря своей универсальности, экономичности, компактности и дру-гим высоким эксплуатационным характеристикам котлы серии «Е» заслуженно популярны в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.  

Т а б л и ц а 19

Технические характеристики котлов серии «Е»

ПОКАЗАТЕЛИ	Е-1,0-0,9Р	Е-1,0-0,9М	Е-1,0-0,9Г
Расчетное топливо	мазут М100	газ	уголь
Расчетный расход топлива, кГ/ч	74,0	83,5	147-211
Влажность насыщенного пара, %	3,0	1,0	-
Полная поверхность нагрева, м²	31,6	31,6	31,6
Коэффициент полезного действия, %	85	89	75
Объем топочного пространства, м²	2,2	2,2	1,98
Водяной объем котла, м³	1,3	1,05-1,1	1,05-1,1
Температура питательной воды, °С	50	50	50
Ток питания переменный, напряжение, В	220/380	220/380	220/380

3.3.3. Паровые котлы серии «ДЕ»

ДЕ – двухбарабанный с естественной циркуляцией. Паровые котлы ДЕ начали выпускаться с 70-х гг. ХХ в. как дальнейшая ступень развития котлов ДКВр. Первым их производство освоил Бийский котельный завод. В настоящее время производство котлов ДЕ освоено предприятиями промышленной группы «Генерация».

Назначение котлов серии «ДЕ»  

 Газомазутные вертикально-водотрубные паровые котлы с естественной циркуляцией серии «ДЕ» производительностью 4; 6,5; 10; 16 и 25 т/ч предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Эксплуатационные параметры 

Номинальная паропроизводительность и требуемые для технологических процессов параметры пара, обеспечиваются при температуре питательной воды 100°С при сжигании топлива: природного газа с удельной теплотой сгорания кДж/кг ( ккал/м3) и мазута марок М40 и М100.

Диапазон регулирования 20 – 100 % от номинальной паропроизводитель-ности. Допускается кратковременная работа с нагрузкой 110 %.

Поддержание температуры перегрева у котлов с пароперегревателями обеспечивается в диапазоне нагрузок 70 – 100 %.

Котлы ДЕ могут работать в диапазоне давлений 0,7 – 1,4 МПа. В котель-ных, предназначенных для производства насыщенного пара без предъявления жестких требований к его качеству, паропроизводительность котлов ДЕ при пониженном до 0,7 МПа давлении может быть принята такой же, как и при давлении 1,4 МПа.

Для котлов ДЕ пропускная способность предохранительных клапанов соответствует номинальной производительности котла при давлении не ниже 0,8 МПа.

Т а б л и ц а 20

Технические характеристики котлов серии «ДЕ»

Показатель	ДЕ 4/14 ГМ	ДЕ 6,5/14 ГМ	ДЕ 10/14 ГМ	ДЕ 16/14 ГМ	ДЕ 25/14 ГМ
Паропроизводительность, т/ч	4	6,5	10	16	25
Давление пара, МПа (кгс/см2)	1,4(14)	1,4(14)	1,4(14)	1,4(14)	1,4(14)
Температура пара, оС	194	194	194	194	194
Расчетный кпд, % - газ - мазут	90,8 89,5	91,1 89,8	93,0 90,0	93,1 90,1	93,05 91,3
Габаритные размеры, мм: - длина - ширина - высота	4200 3980 5050	4800 3980 5050	6530 3980 5050	8655 5205 6050	10195 5315 6095
Масса котла в объеме заводской поставки, кг	12506	13908	17681	20743	27843

Примечание. Котлы поставляются единым блоком в обмуровке и обшивке. Основной вид транспорта – железнодорожный, возможна поставка автомобильным транспортом

Нормы качества питательной воды и пара должны соответствовать требованиям, регламентируемым Правилами Госгортехнадзора России.

Солесодержание котловой воды в первой ступени испарения котлов без пароперегревателя должно быть не более 3000 мг/кг, для котлов с пароперегревателем – не более 2000 мг/кг. Солесодержание котловой воды второй ступени испарения должно быть не более 4500 мг/кг.

Средний срок службы котлов между капитальными ремонтами при числе часов использования установленной мощности 2500 ч/г – 3 года, средний срок службы – 20 лет.

Все котлы серии ДЕ могут использоваться в качестве водогрейных.

Соединения трубной системы котла ДЕ с барабаном вальцованные, а не сварные, что повышает ремонтопригодность и надежность котла. При изготовлении котлов ДЕ используются современные технологии сварки, что позволяет значительно повысить качество продукции.

Устройство котлов серии «ДЕ»

Топочная камера котлов размещается сбоку от конвективного пучка, оборудованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах.

Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны, конвективный пучок, фронтовой и боковой экраны, образующие топочную камеру.

Рис. 37. Схема котлов ДЕ - 4; 6,5; 10

У котлов паропроизводительностью 4 т/ч диаметр верхнего и нижнего барабанов 700 мм, у остальных – 1000 мм. Расстояние между барабанами соответственно 1700 и 2750 мм (максимально возможное по условиям транспортировки блока по железной дороге). Для доступа внутрь барабанов в переднем и заднем днищах каждого из них имеются лазовые затворы. Изготавливаются барабаны для котлов с рабочим давлением 1,4 МПа из стали 16ГС или 09Г2С и имеют толщину стенки 13 мм.

Котлы производительностью 4; 6,5; 10 т/ч выполнены с одноступенчатой схемой испарения. В котлах производительностью 16 и 25 т/ч применено двухступенчатое испарение. Во вторую ступень испарения вынесены первые по ходу газов трубы конвективного пучка и опускные не обогреваемые трубы.

Пароперегреватель котлов производительностью 6,5 и 10 т/ч выполнен в виде змеевика из труб (рис. 37). На котлах производительностью 16 и 25 т/ч пароперегреватель – вертикальный, из двух рядов труб, дренируемый (рис. 38).

Поставляются котлы блоком, который включает в себя:

-  верхний и нижний барабаны с внутрибарабанными устройствами;

-  трубную систему экранов и конвективного пучка (в случае необходимости – пароперегреватель);

-  опорную раму;

-  изоляцию и обшивку.

В качестве хвостовых поверхностей нагрева котлов применяются стальные или чугунные экономайзеры.

Котлы оборудованы системами очистки поверхностей нагрева при работе на жидком топливе.

Рис. 38. Схема котлов ДЕ – 16; 25 .

Котлы, передающие все нагрузки на фундамент, имеют опорную раму. Свобода температурных перемещений элементов котлов обеспечивается неподвижным закреплением передней опоры нижнего барабана и подвижным креплением за счет овальных отверстий для болтов, которыми крепится задняя опора к раме котла.

Каждый котел ДЕ снабжен двумя пружинными предохранительными клапанами, один из которых контрольный.

На котлах без пароперегревателя оба клапана устанавливаются на верхнем барабане котла и любой из них может быть выбран как контрольный. На котлах с пароперегревателем контрольным является клапан выходного коллектора перегревателя.

Преимущества котлов ДЕ 

-  надежность в эксплуатации и повышенный ресурс;

-  высокий кпд – до 93 %;

-  возможность работы котла как в паровом, так и в водогрейном режимах;

-  котел транспортабелен, поставляется на монтаж единым блоком, легко монтируется и подключается к инженерным коммуникациям;

-  конструкция котла позволяет использовать под заказ различные варианты комплектации КИПиА, в том числе автоматизированными горелками;

-  низкий уровень затрат на эксплуатацию и обслуживание.

3.3.4. Паровые котлы серии «КЕ»

КЕ – паровые котлы с естественной циркуляцией (КЕ-25-14С и КЕ-25-24С производительностью 25 т/ч с рабочим давлением 1,4 и 2,4 МПа соответственно).

Назначение котлов

Паровые котлы КЕ предназначены для производства насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды промышленных предприятий, в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Эксплуатационные параметры

Диапазон нагрузок котлов типа Е-25Р составляет от 25 до 100 % от номинальной паропроизводительности котла. Котел Е-25-1,4Р (КЕ-25-14С) работает в диапазоне давлений 0,7-1,4 МПа (7-14 кгс/см2), котел Е-25-2,4Р (КЕ-25-24С) – в диапазоне давлений 1,8-2,4 МПа (18-24 кгс/см2). С умень-шением рабочего давления КПД котлоагрегата не уменьшается. При работе на пониженном давлении предохранительные клапаны котла и дополнительные предохранительные клапаны, устанавливаемые на оборудовании, должны быть отрегулированы на фактическое рабочее давление.

Устройство и принцип работы парового котла КЕ

Все блоки котла КЕ-25-14С (два топочных и один конвективный) собираются на отдельных опорных рамах (рис. 39). На раму передается через опоры камер экранов и барабана вес элементов блока котла под давлением, вес обвязочного каркаса, а также вес обмуровки с обшивкой.

Т а б л и ц а 21

Технические характеристики котлов серии «КЕ»

Техническая характеристика паровых котлов

для твердых топлив (каменный или бурый уголь)

Заводское обозначение котла	Паро- произво- дитель- ность, т/ч	Давление пара, МПа (кгс/см2)	Темпе- ратура пара, оС	кпд на буром угле, %	Габаритные размеры собственно котла, мм	Число транспортабельных блоков, шт.	Масса котла в объеме заводской поставки, кг
длина	ширина	высота
КЕ-2,5-14С (С-О)	2,5	1,4 (14)	194	80,5	5660	4640	5050	1	8*
КЕ-4-14С (С-О)	4,0	1,4 (14)	194	80,5	6900	4640	5190	1	9870 (14510)
КЕ-6,5-14С (С-О)	6,5	1,4 (14)	194	80,5	7940	4640	5190	1	12
КЕ-6,5-24С (С-О)	6,5	2,4 (24)	220	80,5	7940	4640	5190	1	14
КЕ-6,С	6,5	1,4 (14)	225	80,5	7940	4780	5190	1	13320
КЕ-10-14С (С-О)	10	1,4 (14)	194	82,5	8710	5235	5280	1	14
КЕ-10-24С (С-О)	10	2,4 (24)	220	82,5	8710	5235	5280	1	17
КЕ(С-О)	10	1,4 (14)	225	82,5	8710	4780	5335	1	19518
КЕС-О	10	2,4 (24)	250	82,5	8710	4780	5335	1	22205
КЕ-25-14С	25	1,4 (14)	194	87,9	12640	5628	7660	3	36115
КЕС	25	1,4 (14)	225	87,9	12640	5628	7660	3	35954
КЕ-25-24С	25	2,4 (24)	220	87,9	12640	5628	7660	3	39743
КЕС	25	2,4 (24)	250	87,9	12640	5628	7660	3	39546
КЕС	25	2,4 (24)	350	87,9	12640	5628	7660	3	39539

* В скобках указана масса котла в обмуровке и обшивке

У котлов КЕС и КЕС с температурой перегрева 225 и 250оС соответственно пароперегреватель выполнен трехниточным, регулируе-мым, с вертикальным расположением труб. У котлов КЕС с темпера-турой перегрева 350°С – пароперегреватели змеевиковые, недренируемые. При установке пароперегревателя часть труб конвективного пучка не устанав-ливается. Два пакета перегревателя располагаются по обе стороны барабана.

Для обеспечения возможности демонтажа перегревателя при ремонте через боковую стенку крайние трубы пучка в области пароперегревателя расположены с шагом 150 мм, а трубы и змеевики пароперегревателя – с неравномерными шагами по длине пучка 60 и 90 мм. На нижних камерах пароперегревателя имеются штуцеры для их продувки.

Сепарационное устройство располагается в верхнем барабане. Первичная сепарация осуществляется в отбойных щитах с козырьками. Окончательно очи-щается пар от влаги горизонтальным жалюзийным сепаратором, расположенным на расстоянии 300 мм от среднего уровня воды в барабане. Равномерный подвод пара к жалюзийному сепаратору обеспечивается размещенным над сепаратором дырчатым листом с отверстиями.

Хвостовые поверхности состоят из одноходового по воздуху воздухоподо-гревателя с поверхностью нагрева 228 м2, обеспечивающего подогрев воздуха до 145°С, и установленного следом за ним по ходу газов чугунного экономайзера с поверхностью нагрева 646 м2.

Рис. 39. Схема котла КЕ

Для сжигания каменных и бурых углей под котлом устанавливается механическая топка ТЧЗМ-2-2,7/5,6, которая состоит из чешуйчатой цепной решетки обратного хода и двух пневмомеханических забрасывателей с пластинчатым питателем ЗП-600. Активная площадь зеркала горения равна 13,4 м2. Топочные устройства ТЧЗМ-2-2,7/5,6 предназначены для сжигания каменных и бурых углей с максимальным размером куска до 50 мм и с содержанием мелочи 0-6 мм не более 50 %. Допустимая влажность каменного угля не более 8 %, бурого – не более 40 %.

Решетка приводится в движение при помощи привода ПТ-1200, обеспе-чивающего регулирование 8 ступеней скорости движения в пределах 2,4-18 м/ч или ПТБ-1200, который имеет бесступенчатое регулирование частоты вращения изменением числа оборотов двигателя постоянного тока. Скорость движения решетки с приводом ПТБ-1200 изменяется в пределах 0,92-18,4 м/ч.

Котел оборудован системой возврата уноса и острого дутья. Выпадающий в конвективном пучке унос оседает в четырех зольниках и возвращается в топочную камеру для дожигания при помощи воздушных эжекторов по прямым трубам через заднюю стенку. Шесть сопл острого дутья расположены в задней стенке топки на высоте 1150 мм от решетки. Воздух в систему острого дутья и возврата уноса подается от высоконапорного вентилятора производительностью 2000 м3/ч и полным напором 3,8 кПа (380 кгс/м2).

КИПиА котла КЕ

Котел снабжен КИПиА. Котел имеет два предохранительных клапана, один из которых контрольный. У котлов с пароперегревателем контрольный предохранительный клапан устанавливается на выходном коллекторе пароперегревателя.

На котле устанавливается один водоуказательный прибор прямого действия и два сниженных указателя уровня, из которых один поставляется в комплекте с котлом, а второй – с автоматикой.

На верхнем барабане котла установлен манометр, а при наличии паропере-гревателя манометр устанавливается и на выходном коллекторе пароперегре-вателя. На верхнем барабане размещаются главный паровой вентиль или задвижка (у котлов без пароперегревателя), вентили для отбора проб пара, отбора пара на собственные нужды и ввода химикатов. На заднем днище верхнего барабана на патрубке непрерывной продувки установлены запорный и регулирующий вентили. На днище нижнего барабана установлен вентиль, на патрубке прогрева – обратный клапан и вентиль, а на патрубке периодической продувки установлены два запорных вентиля или запорный и регулирующий вентили.

На линиях периодической продувки из всех нижних камер экранов установлены запорные вентили. На паропроводе обдувки установлены дренажные вентили для отвода конденсата при прогреве линии и запорные вентили для подачи пара к обдувочному прибору.

На питательных трубопроводах перед экономайзером устанавливаются обратные клапаны и запорные вентили; на питательной линии, идущей через экономайзер, перед обратным клапаном установлен регулирующий клапан питания, который соединяется с исполнительным механизмом автоматики котла. Для очистки дымовых газов применяется золоуловитель БЦ-2-6Ѕ7.

Все котлы типа Е (КЕ) могут использоваться в качестве водогрейных (по технической документации завода).

3.3.5. Водогрейные котлы серии «КСВ»

КСВ – котел стальной водогрейный. Отопительные котлы серии КСВ «Генерация» – стальные водогрейные двухходовые (КСВ-0,1…0,5) и трехходовые (КСВ-1…8) жаротрубные котлы. Первый ход котлов образован жаровой трубой. Второй и третий (у котлов КСВ-1…8) образуют дымогарные трубы конвективной части котлов.

Назначение котлов

КСВ предназначены для эффективного отопления и горячего водоснаб-жения производственных, общественных жилых и административных зданий и успешно применяются в ЖКХ РФ.

Устройство и принцип работы котла

Факел горелки располагается горизонтально в центре топки. Дымовые газы, достигнув дна камеры обратного хода пламени, поворачивают на 180° и через дымогарные трубки направляются к фронту котла. В полости между передней крышкой и передней трубной доской газы поворачивают на 180° и входят в конвективный газоход, проходят его и через сборный короб поступают в дымовую трубу котельной.

Котел состоит из корпуса, передней крышки, короба для отвода дымовых газов, опор, теплоизоляции и декоративного кожуха (рис. 40).

Рис. 40. Котлы стальные водогрейные КСВ

Корпус котла 1 цилиндрической формы, включает в себя топочную Каме-ру, переднюю 5 и заднюю 3 трубные доски, конвективный газоход и наружную обечайку. Топочная камера цилиндрическая, выполнена в виде жаровой трубы 2 и камеры обратного хода пламени 8 с приваренными трубными досками 9 и 6. К передней кромке топочной камеры приварен фланец горелки, а днище топочной камеры связано с задней трубной доской корпуса 3 анкерными труб-ками 21. Днище топочной камеры и задняя трубная доска образуют пластичную систему, компенсирующую температурные удлинения жаровой трубы. Трубные доски, жаровая труба, камера обратного хода пламени и их днища выполнены из листовой стали. Конвективный газоход котла состоит из дымогарных трубок 4. Трубы сгруппированы и вварены в трубные доски. Между пучками дымогарных труб для осмотра и очистки котла по водяной стороне оставлены промежутки. В качестве дымогарных труб используются цельнотянутые трубы.

Наружный корпус котла. Наружная обечайка выполнена из листовой стали. На наружной обечайке размещены подводящий патрубок обратной воды 10; отводящий патрубок прямой воды 12;три смотровых люка 16; сливной патрубок 13; взрывной клапан 19 к корпусу крепятся также и опоры котла 22. Передняя крышка 7 двустворчатая, изготовлена из металлического листа с за-ливкой огнеупорной массой. Под передней крышкой расположен фланец 20 с резьбовыми шпильками для присоединения горелки. Под коробом для отвода дымовых газов 15 расположен взрывной клапан 19, обмурованный с внутрен-ней стороны, оснащенный пружинами и смотровым патрубком. Передняя крышка обмурована изнутри составом, выдерживающим большую температу-ру, а также на ней имеется уплотнение, на которое производится равномерная затяжка крышки к корпусу с помощью болтов. Сборный короб для отвода дымовых газов 15 образован выступающей частью корпуса котла и присоеди-нен к дымовой трубе котельной. Короб имеет съемную сажевую крышку 23 для очистки. Теплоизоляция котла легкого типа. В качестве изоляционного мате-риала используются плиты из минеральной ваты, выдерживающие температуру до 300…500°С. Толщина изоляции равна 100 мм. Поверх минеральной ваты ко-тел покрывается декоративным кожухом из алюминия или оцинкованного лис-та толщиной 1мм. Вода подается в котел через входной патрубок в задней части корпуса. Установленная на обечайке рассеивающая пластина 11 смешивает хо-лодную обратную воду с горячей котловой водой. Котел в составе котельной оборудуется также смесительным водяным насосом, с помощью которого температуру возвращающейся в котел воды повышают как минимум до 70°С. Из-за коррозии элементов котла чрезвычайно важно то, чтобы соприкасаю-щиеся с дымовым газом поверхности не понижали в котле точку росы дымового газа. По этой причине температура обратной воды, поступающей в котел, не должна быть ниже 70°С. Вода из котла отводится через выходной патрубок, расположенный в передней части корпуса котла.

Т а б л и ц а 22

Технические характеристики котлов водогрейных КСВ «Генерация»

Наименование показателя	КСВм - 0,1/ж	КСВм - 0,25/ж	КСВм - 0,4/ж	КСВм - 0,5/ж
Номинальная теплопроизводительность, МВт	0,15	0,25	0,38	0,5
КПД, техн., %	94	94	94,5	94,5
Вид топлива	Газ/ жидкое топливо
Макс. давление теплоносителя, МПа	0,5	0,5	0,5	0,5
Температура на входе, °С	6	6	6	6
Температура на выходе, °С	8	8	8	8
Гидравлическое сопротивление, МПа	0,004	0,005	0,007	0,008
Аэродинамическое сопротивление, Па	40	45	70	85
Объем теплоносителя в котле, м3	0,170	0,220	0,340	0,510
Поверхность нагрева, м3	7,9	11,4	12,2	17,36
Объем топочного пространства, м3	0,115	0,140	0,237	0,393
Габаритные размеры, м -  длина -  ширина -  высота	1,16 0,9 1,04	1,36 0,9 1,04	1,43 1,09 1,25	1,83 1,09 1,25
Масса, сухая, кг	160	280	480	590
Содержание в дымовых газах, мг/ м3	СО - не более 55 NОх - не более 80

О к о н ч а н и е т а б л. 22

Наименование показателя	«Генера-ция» - 1,0	«Генера-ция» - 2,0	«Генера-ция» - 3,0	«Генера-ция» - 5,0	«Генера-ция» - 8,0
Номинальная теплопроизводительность, МВт	1,0	2,0	3,0	5,0	8,0
Коэффициент полезного действия, % не менее	91	92	92	92	92
Минимальная температура воды на входе, оС	70	70	70	70	70
Максимальная температура воды на выходе, оС	115	115	115	115	115
Гидравлическое сопротивление, МПа (кгс/см2) не более	0,01 (0,1)	0,01 (0,1)	0,01 (0,1)	0,02 (0,2)	0,02 (0,2)
Аэродинамическое сопротивление мм. вод. ст. (Па)	50 (500)	60 (600)	70 (700)	110 (1100)	140 (1400)
Максимальное рабочее давление воды, МПа (кгс/см2)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)	0,6 (6)
Расход топлива (природный газ),м3/ч	112	224	335	560	880
Расход воды, м3/ч не менее	19,8	32,4	52,2	100	115
Объем котла, м3	3,5	5,31	7,6	11,1	18,8
Поверхность нагрева котла, м2	35,57	68,69	96,26	164,95	216,38
Температура наружной поверхности ожуха (теплоизоляции), оС не более	45	45	45	45	45

Контрольно-измерительные приборы 

На патрубке обратной воды устанавливаются манометр показывающий и термометр (из комплекта котельной).

На отводящем патрубке прямой воды устанавливаются термометр и импульсные гнезда для присоединения приборов, входящих в автоматику горелки.

На отводящем коробе газохода устанавливается термометр для замера температуры дымовых газов (из комплекта котельной).

Котлы оснащаются горелками, ЗИП и автоматикой ведущих мировых производителей.

Устройство и работа трехходового жаротрубного котла КСВ «Генерация»

Сборный трехсекционный котлоагрегат состоит из теплообменника, передней и задней газоходных секций, опорной рамы, теплоизолирующих облицовочных панелей (рис. 41). «Мокрые» газоходные камеры крепятся к теплообменнику на поворотных петлях.

Теплоноситель подается в котел через входной коллектор, распределяю-щий поток по секциям. Движение теплоносителя в секциях естественное, снизу вверх. Нагретый теплоноситель выдается из котла через коллектор подачи.

Для обеспечения высокоэффективного теплосъема конвективной части в газоходных трубах по направлению потока установлены завихрители оригинальной конструкции. В облицовочных панелях теплоизолятором служит вспененный полиуретан.

На панели управления размещены контрольно-измерительные приборы: термоманометры, термостаты.

Рис. 41. Трехходовой жаротрубный котел КСВ «Генерация»:

1 – горелка автоматизированная; 2 – патрубок смотровой; 3 – газоход передний; 4 – секция теплообменника; 5 – панель управления; 6 – панели облицовочные теплоизолирующие; 7 – кран Маевского; 8 – завихрители; 9 – газоотводящий (дымовой) патрубок; 10 – предохранительный клапан; 11 – коллектор выходной; 12 – газоход задний;
13 – взрывной клапан; 14 – шнур уплотнительный; 15 – коллектор выходной; 16 – опора;
17 – топочная камера; 18 – патрубок горелки; 19 – дренаж

Преимущества жаротрубных котлов серии «Генерация»:

-  высокий кпд современных жаротрубных котлов, 92 – 94 %;

-  надежность и долговечность в эксплуатации;

-  возможность работы в автоматическом режиме;

-  высокая ремонтопригодность котла;

-  полная готовность котла к монтажу;

-  отсутствие необходимости в соблюдении температуры воды на входе не менее 70°С;

-  использование легких теплоизоляционных материалов, работающих при низких температурах наружных поверхностей котла;

-  минимальное гидравлическое сопротивление котла;

-  уменьшенная металлоемкость конструкции котла;

-  наличие большого объема воды в котле всегда достаточно для покрытия внезапного увеличения потребности в теплоносителе.

По конструктивным особенностям, техническим характеристикам, надеж-ности и эффективности эксплуатации котлы КСВ «Генерация» конкурентоспо-собны с продукцией мировых и российских производителей.

4. Основное оборудование котельной установки

Основным оборудованием котельной установки является парогенератор, который содержит следующие элементы: топочную камеру с горелками, экранные и конвективные поверхности нагрева, пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель.

Топочная камера предназначена для организации и завершения сжигания топлива, а также для передачи теплоты расположенным в ней поверхностям нагрева. Поверхности нагрева в зависимости от способа передачи им теплоты разделяются на лучевоспринимающие и конвективные. Лучевос-принимающие расположены непосредственно в топочной камере называются экран. Поверхности нагрева, в которых тепло от продуктов сгорания передается путем соприкосновения, называются конвективными.

Пароперегреватель предназначен для превращения сухого насыщенного пара в перегретый (перегретый пар имеет большую температуру и энтальпию по сравнению с насыщенным при одинаковом с ним давлении).

Водяной экономайзер предназначен для подогрева питательной воды, поступающей в парогенератор (нагрев воды в экономайзере осуществляется продуктами сгорания, покидающими парогенератор).

В воздухоподогревателе за счет теплоты продуктов сгорания осуществляется подогрев воздуха, используемого в процессе сжигания топлива (воздухоподогреватель и водяной экономайзер называют хвостовыми поверхностями нагрева).

Систему ограждения топочной камеры и газоходов котельного агрегата от окружающей среды называют обмуровкой.

Газоходами называют каналы, по которым перемещаются продукты сгорания.

Газовый тракт – все газоходы котлоагрегата от топки до окончания дымовой трубы.

Для очистки продуктов сгорания от мелкой летучей золы, выносимой за пределы топочной камеры и газоходов при сжигании твердого топлива, служит золоуловитель.

Воздушный тракт котельной установки состоит из вентилятора, воздухоподогревателя и системы каналов. Вентилятор предназначен для подачи воздуха в топку.

Паровой тракт парогенератора содержит барабан с сепарационными устройствами, пароперегреватель с устройствами для регулирования температуры перегретого пара и паропровод для подачи пара к потребителям. В барабане парогенератора собирается пар, образовавшийся в экранных и конвективных поверхностях нагрева.

При сжигании твердого топлива образуются шлак и зола. Шлак выпадает в топке, а зола улавливается из продуктов сгорания золоуловителем. Для удаления шлака и золы за пределы здания служит система механизмов, называемая шлакозолоудалением.

Для эффективной работы топки необходима тяга. Под тягой пони-мается разность давлений, заставляющая воздух и топочные газы проходить через топку и связанные с ней устройства. Поскольку эта разность давлений мала, тягу обычно указывают в миллиметрах водяного столба (1 мм вод. ст.= 9,8 Па). Самое простое устройство для создания тяги – дымовая труба без какого-либо механического оборудования. Тягу, создаваемую такой дымовой трубой, называют естественной. Эта тяга обусловлена разностью давлений столба нагретого газа, находящегося внутри высокой трубы, и такого же столба более холодного наружного воздуха. Чтобы возникла тяга, нужно вначале создать небольшую разность давлений в нижней части трубы. После этого развивается полная тяга, которая ограничивается только трением газов о стенки. Чем уже труба, тем сильнее эффект трения. При температуре ниже 150° C тяга, развиваемая дымовой трубой, едва достаточна для преодоления сил трения в ней.

По санитарным нормам дымовая труба должна быть тем выше, чем больше часовой расход топлива, его зольность и содержание серы. Дымовая труба состоит из фундамента, цоколя и ствола. Внутренняя поверхность ствола дымовой трубы защищается футеровкой из огнеупорного кирпича. Размеры (высота и диаметр устья) дымовой трубы унифицированы. Их делают кирпичными высотой до 120 м и диаметром от 0,75 до 8 м; железобетонными – высотой до 300 м и диаметром до 10 м и из стальных листов (толщиной 3 – 15 мм) высотой не более 40 м и диаметром от 0,4 до 1 м.

В крупных котельных установках естественная тяга заменена искусственной, осуществляемой дымососом. Дымосос центробежный (одно - или двустороннего всасывания) или осевой (одно - или двухступенчатый) вентилятор, устанавливаемый за котлоагрегатом для удаления газообразных продуктов сгорания топлива. Дымососы имеют наплавленные твердыми спла-вами лопатки для защиты от абразивного действия золы. Производительность центробежных дымососов от 8 до 700 тыс. м3/ч. Осевые дымососы выпускают производительностью до 1 млн м3/ч. Имеются проекты осевых дымососов производительностью до 1650 тыс. м3/ч.

Для подачи воздуха в котельные и печные агрегаты и удаления из них дымовых газов при давлении не выше 12–15 кН/м2 применяются вентиляторы. Центробежные, или радиальные, вентиляторы имеют расположенное в спи-ральном кожухе лопаточное колесо, при вращении которого газ, поступающий через входное отверстие, попадает в каналы между лопатками и под действием возникающей центробежной силы перемещается в спиральный кожух и направляется в выпускное отверстие (рис. 42).

	Рис. 42. Центробежный вентилятор: 1 – входное отверстие; 2 – спиральный кожух; 3 – двигатель; 4 – выпускное отверстие
	Рис. 43. Осевой вентилятор: 1 – лопаточное колесо; 2 – цилиндрический кожух; 3 – двигатель

Осевой вентилятор имеет расположенное в цилиндрическом кожухе лопаточное колесо, при вращении которого поступающий газ перемещается в осевом направлении (рис. 43). Осевые вентиляторы, по сравнению с центро-бежными проще, имеют больший кпд, реверсивны (при изменении направления вращения колеса изменяется направление движения газа), но не обеспечивают больших давлений.

Для классификации вентиляторов пользуются понятиями: критерий быс-троходности ny, выражающий связь между производительностью, давлением, угловой скоростью, и критерий давления Y, зависящий от формы и числа лопаток колеса. Их значения входят в маркировку вентиляторов. Среди центро-бежных вентиляторов общего назначения имеют применение Ц4-70, ЦП7-40, П8-18 и др. Буква Ц означает «центробежный», П – «пылевой», следующая цифра или число – Y, умноженное на 10, и далее ny. Для увеличения произво-дительности и развиваемого давления вентиляторы соединяют соответственно параллельно и последовательно. Совершенствование вентиляторов идет по пути улучшения аэродинамической схемы и конструктивного исполнения с целью обеспечения большей экономичности и производительности в прежних габаритах.

Вентиляторы выбирают по характеристикам, построенным для наиболее выгодных условий работы. На графике (рис. 44) для различных типоразмеров в системе координат р–L (р – давление в н/м2, L – производительность в м3/сек) нанесены линии неизменных угловых скоростей w и кпд h). В соответствии с L и р на характеристике находят точку, определяющую искомые угловую скорость и кпд, после чего подсчитывается мощность.

Рис. 44. График характеристик для выбора вентиляторов

При газоплотном экранировании топок движение дымовых газов также обеспечивается вентиляторами (котлоагрегаты с наддувом); в этом случае топочная камера находится под давлением 3 – 5 кН/м2. Значительно более вы-сокие давления – 0,6 – 2,5 МН/м2 (6 – 25 кгс/см2) – применяются в топках высоконапорных парогенераторах.

Для современных топочных устройств независимо от способа сжигания топлива характерно широкое применение поверхностей нагрева, расположен-ных на стенах топочной камеры. Такие поверхности нагрева, омываемые изнутри водой или эмульсией, называются экранами. Они предохраняют стены топочной камеры от воздействия высоких температур и охлаждают продукты сгорания, воспринимая на себя большое количество теплоты, излучаемой факелом или горящим слоем топлива.

Гарнитура – это специальные устройства, предназначенные для обслу-живания котла. К ней относятся лазы, люки, лючки, смотровые окна или гляделки, обдувочные аппараты, взрывные предохранительные клапаны, заслонки на газоходах и воздуховодах. Лазы устанавливают в стенках топки и газоходов, используют для ремонта, осмотра и очисти котла. Лазы бывают круглые с d 450 мм, прямоугольные 400х450. В качестве лаза в топку может использоваться горелочная амбразура, если позволяют размеры. Люки используются в качестве лазов в барабаны, обычно овальной формы, размер по вертикалям 300 мм, по горизонталям 400 мм. Лючки устанавливаются на коллекторах, котлах, пароперегревателях и стальных экономайзерах для внутреннего осмотра и очистки. Смотровые окна и гляделки устанавливают в стенках топки, используют для контроля за процессом горения, за состоянием торкрета, футеровки и экранных труб. У котлов, работающих под наддувом, смотровые гляделки должны иметь огнеупорное герметичное стекло.

Взрывные предохранительные клапаны (ВПК) предназначены для защиты обмуровки от разрушения в случае возможного взрыва газов или пыли в котле. Должны устанавливаться на всех котлах с камерными топками и с шахтными при сжигании торфа, опилок и мелких производственных отходов. Устанавливают над топкой, газоходами котла, экономайзера и золоуловителя, в местах, исключающих травмирование персонала, в противном случае их снабжают отводящими коробами. А также ВПК устанавливают по проекту котельной на борове. Они бывают одноразового и многоразового действия.

Для обеспечения безопасной эксплуатации оборудования, регулирования количества пара и воды, а также отключения отдельных трубопроводов котельная установка имеет следующую арматуру: запорную (перекрыть поток – вентили, задвижки, краны); регулирующую (регулировать подачу воды и пара – регулирующий питательный клапан, регулирующий вентиль, трехходовой кран у манометра); контрольную (указатели уровня, воздушники, контрольные краны на бойлерах); предохранительную (предохранительные клапаны (ПК), обратные клапаны, легкоплавкие предохранительные пробки, гидрозатворы); специальную (конденсатоотводчики паровые инжекторы, эжекторы). ПК служат для защиты оборудования от превышения давления среды выше допустимого путем сброса этой среды в атмосферу. ПК устанавливают

1)  на верхнем барабане парового котла;

2)  на выходном коллекторе пароперегревателя;

3)  на входе и выходе воды у отключаемого экономайзера;

4)  на выходе воды из водогрейного котла;

5)  на пароводяных подогревателях;

6)  на нагнетательной линии парового поршневого насоса до запорной арматуры.

Принцип действия основан на равновесии сил сила давления груза сверху и сила давления пара снизу. ПК должен защищать котел от превышения давления на 10 % больше разрешенного.

Внутренний объем парового котла, занятый водой, называют водяным пространством, занятый паром – паровым пространством; поверхность, отделяющую паровое пространство от водяного, – зеркалом испарения. В паровом пространстве устанавливают устройства для сепарации влаги и пара.

5. ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОТЛОВ

5.1. Понижение уровня воды

При температуре свыше 427°C структура углеродистой стали изменяется – теряется ее прочность. Поскольку рабочая температура топки превышает 982°C, охлаждение котла водой в его трубах является тем фактором, который предупреждает аварию. При длительной работе котла с недостатком воды стальные трубы могут в буквальном смысле расплавиться, наподобие сгоревших свечек (рис. 45).

Чтобы уменьшить вероятность аварий по этой причине, необходимо предусматривать отключение котла при снижении уровня воды. Для этого могут использоваться датчики уровня воды прямого действия или поплавкового типа. При этом критическим звеном в системе является байпас пускового устройства, который обычно служит для проверки этого устройства. Байпас позволяет обслуживающему персоналу продувать засорившиеся секции, очищать их от шлама и накипи и имитировать аварийную ситуацию для проверки контура отсечки, не прерывая работу котла.

Рис. 45. Расплавление труб котла в результате перегрева при недостатке воды

При работе парового котла уровень воды в барабане колеблется между низшим и высшим положением. Низший допустимый уровень воды в барабанах паровых котлов – упуск – снижение уровня воды в верхнем барабане ниже допустимого приводит к нарушению циркуляции в котле, к перегреву труб котла и их пережогу (трещины, разрывы, выпучины) (взрыв). Положение высшего допустимого уровня воды в барабанах котлов перепитка опреде-ляется из условий предупреждения попадания воды в паропровод или паропе-регреватель, что приводит к гидравлическим ударам – разрыву паропровода и арматуры.

Для контроля за уровнем воды в верхнем барабане парового котла служат водоуказательные приборы.

Объем воды, содержащейся в барабане между высшим и низшим уровнем, определяет запас питания, т. е. время, позволяющее котлу работать без поступления в него воды.

В процессе работы котла уходящий пар не содержит примесей, поэтому в котловой воде происходит накопление солей, щелочей и шлама. Для поддержания качества котловой воды проводят периодическую и непрерывную продувки.

5.2. Взрыв топлива

Взрыв в топке – одна из опаснейших ситуаций при эксплуатации котлов. Причиной большинства взрывов является перенасыщение топливом горючей смеси или недостаточная очистка топки. Перенасыщение горючей смеси происходит в том случае, когда в топке накапливается несгоревшее топливо. В зависимости от средств регулирования горелок это может случиться в силу ряда причин, в том числе из-за сбоя регуляторов, колебаний давления топливоподачи, повреждения оборудования.

Многие случаи взрывов в топке имели место после перебоев в работе горелок. Например, при засорении топливной форсунки некачественное распыливание вызывает нестабильность горения или отрыв пламени. При последующем впрыскивании топлива для возобновления горения в топке повышается концентрация паров топлива. Накопление несгоревшего топлива может произойти и в том случае, если горелка долгое время работает при некачественном распыливании.

Повторное зажигание горелки после перебоя может воспламенить взрывоопасную смесь (рис. 46).

Рис. 46. Картина полного разрушения котельной установки как свидетельство опасности взрыва в топке

Таким образом, вспышка несгоревшего топлива становится причиной взрыва. Этого можно избежать, соблюдая следующее простое правило: никогда не впрыскивать топливо в темную загазованную топку. Вместо этого необхо-димо отключить вручную все горелки и тщательно продуть топку воздухом. После того, как это сделано и устранены неисправности с зажиганием, можно снова включить горелки.

5.3. Опасность форсированного режима

Форсировка – повышение производительности газоиспользующей установка по сравнению с номинальной или увеличение часового количества сжигаемого топлива.

Для многих производств увеличение выпуска продукции и оборота повышает рентабельность. Эта стратегия побуждает к эксплуатации всего оборудования на максимуме производительности.

Эксплуатация котлов на режимах выше максимально допустимой продолжительной нагрузки (MCR) долгое время была предметом дискуссий. В течение многих лет изготовители котлов рекомендовали для своего оборудования длительность пиковых нагрузок 110 % MCR от 2 до 4 часов. При этом часто возникал вопрос: если котел может работать с нагрузкой 110 % MCR в течение 4 часов, почему он не может так работать постоянно? Ответить на этот вопрос не так просто.

Резервы надежности и безопасности вспомогательного оборудования котельной установки отнесены к определенной гарантированной нагрузке этих устройств. Эти резервы включают увеличение производительности и статичес-кого давления вентиляторов и насосов, расширенные возможности систем телеметрии, автоматики и т. п. Конструкторы паровых котлов должны иметь уверенность в том, что их возможности не ограничивает ни один из элементов вспомогательного оборудования. Обычно проектирование вспомогательных систем «с запасом» позволяет эксплуатировать котел при пиковых нагрузках, более 110 % MCR. При отсутствии ограничений со стороны вспомогательного оборудования интенсификация производства заставляет форсировать котлы (иногда очень сильно) в течение длительного времени.

5.4. Несоблюдение технологии продувки

Периодическая продувка проводится оператором 1 – 2 раза в смену, из нижних коллекторов по 15 с., из нижнего барабана – 30 с. для разбавления щелочности.

Непрерывная продувка обычно проводится из верхнего барабана, для удаления накопленных солей и шлама в котловой воде. Для использования теплоты непрерывной продувки устанавливают сепаратор. В нем за счет снижения давления котловая вода с высокой температурой дополнительно вскипает и разделяется на пар вторичного вскипания, который используется в деаэраторе, и воду, которая сбрасывается в канализацию или используется для подогрева исходной воды.

Концентрация взвешенных твердых примесей в котловой воде умень-шается при постоянной продувке системы и периодической промывке подо-нов. Превышение концентрации или иные загрязнения котловой воды создают такие проблемы, как нестабильность уровня воды в барабане или вспенивание. Эти явления могут стать причиной ложного срабатывания аварийной сигнализации уровня воды, уноса капельной влаги паром, загрязнения пароперегревателей.

Правильно спроектированная система продувки осуществляет монито-ринг состояния котловой воды и поддерживает такую интенсивность продувки, которая обеспечивает допустимую концентрацию примесей. Периодическая промывка поддонов и грязевиков необходима для предотвращения накопления шлама. Продолжительная продувка секций, образующих экраны топки, может привести к их повреждению из-за перегрева, вызванного изменением естественной циркуляции воды. Вместо этого рекомендуется открывать вентили продувки этих секций всякий раз при отключении котла, до того как давление в системе упадет до атмосферного.

5.5. Нарушение регламента разогрева

Отступление от правил разогрева относится к числу сильнейших испытаний, которым подвергается паровой котел. Во время процедур пуска и остановки все оборудование испытывает серьезные нагрузки, поэтому здесь требуется более строгое соблюдение правил эксплуатации, чем при постоянной работе в расчетном режиме. Корректный регламент и поэтапное прохождение пусковых операций способствуют продлению срока службы оборудования и уменьшают вероятность аварии.

В конструкции типового котла используются различные материалы: сталь большой толщины для барабана, более тонкая – для труб, огнеупорные и теплоизоляционные материалы, массивные чугунные элементы. Скорость прог-рева и охлаждения всех этих материалов различна. Ситуация осложняется, если материал подвергается в одно и то же время воздействию различных тем-ператур. Например, паровой барабан при нормальном уровне воды в нижней части контактирует с водой, а в верхней части сначала с воздухом, а затем с паром. При холодном старте вода нагревается очень быстро, так что нижняя часть барабана подвергается тепловому расширению раньше, чем верхняя часть, не соприкасающаяся с водой. Следовательно, нижняя часть барабана становится длиннее верхней, что приводит к его деформации. При серьезной деформации это явление называют «горбатый барабан», следствием его явля-ется образование трещин на трубах между паровым и шламовым барабанами.

Слишком быстрый разогрев при холодном старте чаще всего повреждает обмуровку котла. Обмуровка имеет низкую теплопроводность, и поэтому прогревается медленнее, чем металл. Пока топка еще не прогрета, материал обмуровки поглощает влагу из воздуха. Медленный прогрев необходим для того, чтобы постепенно просушить обмуровку и не допустить вскипание влаги, вызывающее растрескивание кирпичей. Стандартный график разогрева типового котла предусматривает повышение температуры воды не более чем на 55°C в час.

5.6. Механическое повреждение труб

Если посмотреть на котел в процессе сборки, можно заметить, что одинаковых элементов практически нет. В особенности это относится к трубам, составляющим экраны топки и секции конвективного нагрева. Повреждение единственной трубы ценой в несколько сот долларов может привести к аварийной остановке котлоагрегата миллионной стоимости.

Учитывая, что трубы промышленных котлов могут иметь толщину стенки 3 или 2 мм, становится ясно, как легко можно их повредить. Наиболее распространенные следующие причины механического повреждения труб:

-  удар острым предметом при изготовлении или сборке;

-  некорректная направленность продувки для удаления сажи (используется обдув топочных экранов паром для удаления с поверхности сажи, копоти, золы);

-  использование для сдува копоти влажного пара, что может вызвать коррозию труб.

При проектировании новых котлов наибольшим камнем преткновения является попытка увеличить толщину стенки труб. Это связано с увеличением стоимости, однако, дает запас надежности на механические повреждения. Кроме того, при изгибе труб толщина стенки уменьшается, при первоначально малой толщине на сгибе она может стать меньше допускаемой стандартом.

Из-за физических ограничений в конструкции котла (размера топки и паропроводов) могут внезапно возникнуть серьезные проблемы, связанные с уменьшением теплоотдачи и падением давления пара, что снижает рабочую мощность котла. Есть и другие, не столь очевидные, физические ограничения. Эти ограничения являются причиной ряда проблем, которые ассоциируются со значительным перегревом котла:

-  разрушение материала труб, обмуровки, газоходов от кратковременного или длительного перегрева;

-  эрозия труб, экранов, газоходов, золоочистителей;

-  коррозия стенок топки и труб пароперегревателей;

-  унос паром капельной влаги и твердых взвешенных частиц, становящихся причиной повреждения пароперегревателей, лопаток турбин и другого технологического оборудования.

Возникновение проблем, связанных с перегревом котла, существенно за-висит от типа используемого топлива. Проблемы эрозии обычно ассоциируют-ся с твердым топливом: углем, дровами, торфом, горючими отходами производ-ства и т. п., при сгорании которых образуется зола и шлаки. Независимо от вида топлива форсирование котла означает увеличение объема и скорости дымовых газов с соответственным увеличением (в квадратичной пропорции) давления набегающего потока газов, что оказывает влияние на процесс эрозии. Кроме того, могут возникать вихревые эффекты в хвостовых газоходах котла, что также приводит к локальной эрозии.

Конструкторы котлов скрупулезно просчитывают тепловые потоки на топочные экраны, перегородки, определяют температуру стенок труб, обмуровки и прочих поверхностей. Перегрев топки приводит к увеличению тепловых потоков и температуры обмуровки. Общий расход пара связан с определенной величиной циркуляционных потоков в трубах и перепадом давлений, обеспечивающим адекватный отвод тепла от поверхностей топки. Перегрев котла вызывает увеличение перепада давлений и изменение режима циркуляции. Под воздействием этих двух факторов существенно повышается температура стенок труб и перегородок. Эффект кратковременного или длительного воздействия высоких температур может выразиться в потере прочности металла труб.

Проблемы с коррозией возникают в случае контакта частиц твердого или жидкого топлива с поверхностью труб при высокой температуре. Кроме того, форсаж топки может вызвать распространение пламени на поверхность экранов, что также является причиной местной коррозии.

Большинство правильно сконструированных котлов-парогенераторов может эксплуатироваться при нагрузках свыше MCR в течение непродолжи-тельного времени. Эксплуатация периферийного оборудования в пределах физических возможностей также не вызывает проблем. И наоборот, длительная эксплуатация в форсированном режиме свыше MCR может вызвать такие долговременные и дорогостоящие проблемы в обслуживании котлов, которые не проявляются при кратковременной перегрузке. Если интересы производства требуют форсирования парогенераторного оборудования, бизнес-решение должно основываться на сравнительном анализе доходов от интенсификации производства и удорожания эксплуатации оборудования.

5.7. Срыв в вакуум

Конструкция котлов рассчитана на работу под избыточным давлением, но не предусматривает возможности вакуума (падения давления ниже атмосферного). Возникновение вакуума возможно при остановке котла. По мере охлаждения котла происходит конденсация пара и понижается уровень воды, что приводит к снижению давления, возможно, ниже атмосферного. Вакуум в котле приводит к утечкам через развальцованные концы труб, т. к. они рассчитаны на уплотнение избыточным давлением. Избежать этой проблемы можно приоткрыв вентиляционное отверстие в паровом барабане в то время, когда там еще имеется избыточное давление.

5.8. Меры предосторожности

   

Вот некоторые практические рекомендации, позволяющие избежать проблем при эксплуатации котлов.

-  Чаще смотреть на пламя, чтобы своевременно заметить неполадки с горением.

-  Определить причину погасания горелки, прежде чем предпринимать многочисленные попытки повторного зажигания.

-  Перед зажиганием горелок тщательно очистить топку. Это особенно важно, если в топку пролилось жидкое топливо. Продувка позволит удалить избыток горючих газов до того, как их концентрация станет взрывоопасной. Если есть сомнения – необходима продувка!

-  Проверять работу оборудования водоподготовки, убедиться, что качество воды соответствует нормам для данной температуры и давления. Притом, что абсолютным критерием является нулевая жесткость воды, необходимо соответствие нормативам для рабочих параметров котла. Никогда не использовать необработанную воду.

-  Регулярно промывать тупиковые участки водяного контура, водоохладителей и т. п. во избежание накопления шлама в этих зонах, что влечет за собой повреждение оборудования. Никогда не останавливать циркуляцию воды.

-  Контролировать наличие свободного кислорода в воде на выходе из деаэраторов, рабочее давление деаэраторов, температуру воды в баке-аккумуляторе (соответствие температуре насыщения). Необходимо постоянно продувать деаэратор для удаления неконденсируемых газов.

-  Постоянный мониторинг качества возвратного конденсата для обеспечения немедленного слива в канализацию при загрязнении конденсата в результате аварии технологического оборудования.

-  Постоянно продувать котел для обеспечения качества котловой воды в пределах нормы, периодически промывать барабан-грязевик (проконсульти-роваться со специалистом по водоподготовке). Не продувать поверхности топки во время работы котла.

-  Проверять поверхности котла со стороны воды. Если есть признаки отложения накипи, отрегулировать водоподготовку.

-  Регулярно проверять внутренние поверхности деаэратора на предмет коррозии. Это очень важно по соображениям безопасности, т. к. деаэратор может проржаветь насквозь. В этом случае в деаэраторе произойдет бурное вскипание воды, и вся котельная заполнится острым паром.

-  Стандартный график разогрева котла предусматривает для обычных котлов рост температуры воды не более чем на 55°C в час. После длительной эксплуатации котлов на минимальной нагрузке разогрев нередко протекает с превышением указанной скорости. Следовательно, для поддержания нормального темпа разогрева нужно предусматривать в стартовом режиме работу горелок с перерывами.

-  Убедиться в том, что обслуживающий персонал котельной понимает опасность механического повреждения тонкостенных труб. Поощрять рабочих сообщать о каждом случайном повреждении, чтобы своевременно их устранять.

-  Если производственная необходимость вынуждает форсировать котлы, регулярно проводить оценку потенциального воздействия перегрузки и доводить ее до сведения руководства.

-  Когда котел отключается на длительное время, поддерживать его в теплом состоянии. Заполнять азотом при охлаждении для предотвращения попадания воздуха и кислорода внутрь котла во время хранения, использовать сульфат натрия для поглощения кислорода из котловой воды. Если котел хранится в сухом состоянии, наряду с заполнением азотом поместить в барабаны абсорбент влаги.

-  Обеспечить открывание вентиляционного отверстия в паровом барабане при падении давления ниже 136 кПа.

Литература

1.  Роддатис, по котельным установка малой производи-тельности / , . – М.: Энергоатомиздат, 19с.

2.  #P 8 D33352D#G0СНиП II-35-76 Котельные установки (с Изм. БСТ 11-77, Изм. 1 БСТ 1-98)

3.  Борщов, и эксплуатация отопительных котельных малой мощности / . – М.: Стройиздат, 1989.

4.  Эстеркин, установки. Курсовое и дипломное проектиро-вание.: Учеб. пособ. для техникумов / . – Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 19с.

Содержание

1. ТОПЛИВО.. 3

1.1. Получение теплоты.. 3

1.2. Классификация основных видов топлива. 3

1.3. Общие сведения о горении топлива. 9

1.4. Основные характеристики топлива. 10

2. ТОПКИ.. 12

2.1. Классификация топочных устройств. 14

2.2. Механические топки. 14

2.3. Слоевые топки. 14

2.4. Факельные топки. 23

2.5. Пылеприготовление. 24

2.6. Камерная топка. 24

2.7. Мазутная топка. 26

2.8. Форсунки и горелки. 26

2.9. Газовая топка. 28

2.10. Вихревые топки. 30

3. КОТЛЫ.. 32

3.1. Типы паровых котлов. 32

3.2. Некоторые виды модернизированных котлов. 35

3.3. Технические характеристики и принцип действия основных промышленных котлов 41

3.3.1. Паровые котлы серии «ДКВр». 41

3.3.2. Паровые котлы серии «Е». 47

3.3.3. Паровые котлы серии «ДЕ». 48

3.3.4. Паровые котлы серии «КЕ». 52

3.3.5. Водогрейные котлы серии «КСВ». 55

4. Основное оборудование котельной установки.. 60

5. ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОТЛОВ.. 64

5.1. Понижение уровня воды.. 64

5.2. Взрыв топлива. 66

5.3. Опасность форсированного режима. 66

5.4. Несоблюдение технологии продувки. 67

5.5. Нарушение регламента разогрева. 68

5.6. Механическое повреждение труб. 68

5.7. Срыв в вакуум. 70

5.8. Меры предосторожности. 70

Литература. 72