Тепловые схемы теплогенерирующих установок

Тепловая схема котельной с водогрейными котлами

Котельные с водогрейными котлами могут сооружаться для отпуска теплоты только в виде горячей воды при сжигании твер­дого, газообразного и жидкого топлива. Жидкое топливо обычно поступает в автоцистернах, т. е. в разогретом состоянии. Эти котельные могут работать как на закрытую, так и на открытую систему теплоснабжения.

Основной целью расчета любой тепловой схемы котельной яв­ляется выбор основного и вспомогательного оборудования с оп­ределением исходных данных для последующих технико-экономических расчетов.

При разработке и расчете тепловых схем котельных с водо­грейными котлами необходимо учитывать особенности их конструкции и эксплуатации.

Рис. 10.1. Схемы включения деаэраторов: а- вакуумного; б - атмосферного; в - атмосферного с охладителем деаэрированной воды

1 - водоструйный эжектор; 2 - охладитель выпара; 8 - водо-водяной теплообменник; 4 - химически очищенная вода; 5 - деаэратор; 6 - горячая вода из прямой линии; 7 — охладитель деаэрированной воды; 8 - бак деаэрированной воды; 9 - подпиточиый насос.

Надежность и экономичность водогрейных котлов зависит от постоянства расхода воды через них, который не должен снижаться относительно установленного заводом-изгото­вителем. Во избежание низкотемпературной и сернокислотной коррозии конвективных поверхностей нагрева температура воды на входе в котел при сжигании топлив, не содержащих серу, дол­жна быть не менее 60 °С, малосернистых топлив не менее 70 °С и высокосернистых топлив не менее 110°С. Для повышения тем­пературы воды на входе в водогрейный котел при температурах воды ниже указанных устанавливается рециркуляционный насос.

В котельных с водогрейными котлами часто устанавливаются вакуумные деаэраторы. Однако вакуумные деаэраторы требуют при эксплуатации тщательного надзора, поэтому в ряде котельных предпочитают устанавливать деаэраторы атмосферного типа.

Применяемые схемы включения вакуумных деаэраторов и де­аэраторов атмосферного типа показаны на рис. 10.1.

На рис. 10.1, а показан деаэратор, работающий при абсолют­ном давлении 0,03 МПа. Вакуум в нем создается водоструйным эжектором. Подпиточная вода после химводоочистки подогрева­ется в водо-водяном подогревателе горячей водой из прямой ли­нии с температурой 130—150 °С. Выделившийся пар барботирует поток деаэрируемой воды и направляется в охладитель вы­пара. Температура воды после деаэратора 70 °С.

На рис. 10.1, б показана схема деаэрации при давлении 0,12 МПа, т. е. выше атмосферного. При этом давлении температура воды в деаэраторе 104 °С. Перед подачей в деаэратор хими­чески очищенная вода предварительно подогревается в водо-во-дяном теплообменнике.

На рис. 10.1, в показана аналогичная схема деаэрации подпиточной воды, отличающейся от описанной тем, что после деаэрационной колонки вода поступает в охладитель деаэрированной воды, подогревая химически очищенную воду. Затем химически очищенная вода направляется в теплообменник, установленный перед деаэратором. Температура воды после охладителя деаэри­рованной воды обычно принимается равной 70 °С.

Перед расчетом тепловой схемы котельной, работающей на закрытую систему теплоснабжения, следует выбрать схему при­соединения к системе теплоснабжения местных теплообменников, приготовляющих воду для нужд горячего водоснабжения. В на­стоящее время в основном применяются три схемы присоединения местных теплообменников, показанные на рис. 10.2.

На рис. 10.2, а показана схема параллельного присоединения местных теплообменников горячего водоснабжения с системой отопления потребителей. На рис. 10.2, б, в показаны двухступен­чатая последовательная и смешанная схемы включения местных теплообменников горячего водоснабжения.

Рис. 10.3. Тепловая схема котельной с водогрейными котлами

1- водогрейный котел; 2 - сетевой насос; 3- насос сырой воды; 4 - подогреватель сырой воды; 5 - химводоочистка; 6 - подпиточный насос; 7 - бак деаэрированной воды; 8 - охладитель деаэрированной воды; 9- подогреватель химически очищенной воды; 10 – деаэратор, 11- охладитель выпара; 12 – рециркуляционный насос.

В соответствии со СНиП выбор схемы присоединения местных теплообменников производится в зависимости от отношения максимального расхода теплоты на горячее водоснабжение к максимальному расходу теплоты на отопление. Если эта величина менее 0,6, присоединение местных теплообменников производится по двухступенчатой последовательной схеме. При этой величине от 0,6 до 1,2 включительно – по двухступенчатой смешанной схеме, более 1, 2 – по параллельной схеме.

При двухступенчатой последовательной схеме присоединения местных теплообменников должно предусматриваться переключение тепло­обменников на двухступенчатую смешанную схему.

Тепловая схема котельной с паровыми котлами

Отпуск пара технологическим потребителям часто произво­дится от котельных, называемых производственными. Эти котель­ные обычно вырабатывают насыщенный или слабо перегретый пар с давлением до

Рис. 10.4. Тепловая схема производственной котельной

1 - паровой котел; 2 - расширитель непрерывной продувки; 3- насос сырой воды; 4- барботер; 5 - охладитель непрерывной продувки; 6 - подогреватель сырой воды; 7 - химводоочистка; 8 - питательный насос; 9 - подпиточный насос; 10 - охладитель подпиточной воды; 11- сетевой насос; 12 - охладитель конденсата; 13 - сетевой подо­греватель; 14 - подогреватель химически очищенной воды; 15 - охладитель выпара; 16 - атмосферный деаэратор; 17 - редукционно-охладительная установка (РОУ)

1,4 или 2,4 МПа. Пар используется технологиче­скими потребителями и в небольшом количестве — на приго­товление горячей воды, направляемой в систему теплоснабжения. Приготовление горячей воды производится в сетевых подогрева­телях, устанавливаемых в котельной.

Принципиальная тепловая схема производственной котельной с отпуском небольшого количества теплоты на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения в закрытую систему тепло­снабжения показана на рис. 10.4.

Нacoc сырой воды подает воду в охладитель продувочной воды, где она нагревается за счет теплоты продувочной воды. Затем сырая вода подогревается до 20—30 °С в пароводяном подогрева­теле сырой воды и направляется в химводоочистку. Химически очищенная вода направляется в охладитель деаэрированной воды и подогревается до определенной температуры. Дальнейший подогрев химически очищенной воды осуществляется в подогрева­теле паром. Перед поступлением в головку деаэратора часть, хими­чески очищенной воды проходит через охладитель выпара деаэра­тора.

Подогрев сетевой воды производится паром в последовательно включенных двух сетевых подогревателях. Конденсат от подогревателей направляется в головку деаэратора, в которую также поступает конденсат, возвращаемый внешними потребите­лями пара.

Подогрев воды в атмосферном деаэраторе производится паром от котлов и паром из расширителя непрерывной продувки. Не­прерывная продувка от котлов используется в расширителе, где котловая вода вследствие снижения давления частично испа­ряется.

В котельных с паровыми котлами независимо от тепловой схемы использование теплоты непрерывной продувки котлов является обязательным. Использованная в охладителе продувоч­ная вода сбрасывается в продувочный колодец (барботер).

Деаэрированная вода с температурой около 104 °С питательным насосом подается в паровые котлы. Подпиточная вода для си­стемы теплоснабжения забирается из того же деаэратора, охла­ждаясь в охладителе деаэрированной воды до 70 °С перед по­ступлением к подпиточному насосу. Использование общего де­аэратора для приготовления питательной и подпиточной воды возможно только для закрытых систем теплоснабжения ввиду малого расхода подпиточной воды в них. В открытых системах теплоснабжения расход подпиточной воды значителен, поэтому в котельной следует устанавливать два деаэратора: один для приготовления питательной воды, другой — подпиточной воды. В котельных с паровыми котлами, как правило, устанавливаются деаэраторы атмосферного типа.

Для технологических потребителей, использующих пар более низкого давления по сравнению с вырабатываемым котлоагрегатами, и для подогревателей собственных нужд в тепловых схемах котельных предусматривается редукционная установка для сни­жения давления пара (РУ) или редукционно-охладительная уста­новка для снижения давления и температуры пара (РОУ).

Расчет тепловой схемы котельной с паровыми котлами выпол­няется для трех режимов: максимально-зимнего, наиболее холод­ного месяца и летнего.

Тепловые схемы котельных с паровыми и водогрейными котлами

При значительных расходах теплоты на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения и относительно малых расходах пара на технологические нужды обычно проектируются котельные с паровыми и водогрейными котлами. Строительство котельных с паровыми и водогрейными котлами экономически целесообразно только при общей теплопроизводительности котельной более 50 МВт.

При разработке тепловой схемы котельной с паровыми и водо­грейными котлами возможны два варианта: двухступенчатый и одноступенчатый подогрев сетевой воды. При двухступенчатом подогреве сетевая вода подогревается сначала в пароводяных подогревателях, а затем в водогрейных котлах. При одноступен­чатом подогреве горячая вода вырабатывается водогрейными котлами, а пар — паровыми. При одноступенчатой схеме вслед­ствие отсутствия пароводяных подогревателей уменьшаются капи­тальные затраты, возникают значительные затруднения в экс­плуатации, так как в случае аварийной остановки одного из водогрейных котлов приходится ограничивать потребителей горя­чей воды даже при наличии излишков пара у работающих или резервных паровых котлов. Поэтому в настоящее время при­меняют схемы, в которых возможен одноступенчатый и двух­ступенчатый подогрев сетевой воды, т. е. при установке водогрей­ных котлов устанавливают также и пароводяные подогреватели.

На рис. 10.5 показана принципиальная схема котельной с паровыми и водогрейными котлами, обеспечивающая односту­пенчатый и двухступенчатый подогрев сетевой воды. Связью между паровой и водогрейной частью котельной является хими­ческая очистка питательной воды и паропроводы для обоих тепло­носителей (пар и горячая вода). В связи с тем, что котельная работает на открытую систему теплоснабжения, предусмотрена установка двух деаэраторов: одного для дегазации питательной воды, другого — для подпиточной воды. Оба деаэратора атмосфер­ного типа.

Рис. 10.5 Тепловая схема котельных с паровыми и водогрейными котлами

1 -паровой котел; 2 - редукционная установка; 3 - деаэратор питательной воды; 4 - охладитель выпара деаэратора питательной воды; 5 - охладитель выпара деаэратора подпиточной воды; 6 - деаэратор подпиточной воды; 7,9- подогреватель химически очищенной воды; 8 - охладитель подпиточиой воды; 10 - сетевой подогреватель; 11 - охладитель конденсата; 12 - водогрейный котел; 13- рециркуляционный насос; 14- сетевой насос; 15 - подпиточный насос; 16 - бак-аккумулятор; 17 - питательный на­сос; 18 - химводоочистка; 19- подогреватель сырой воды; 20- барботер; 21- охла­дитель непрерывной продувки; 22 - насос сырой воды; 23- расширитель непрерывной продувки.

Потоки рабочих тел (см. рис. 10.5) движутся в следующих направлениях. Насос сырой воды подает воду в охладитель про­дувочной воды, где она нагревается за счет теплоты продувочной воды. Затем сырая вода подогревается до 20—30 °С в пароводяном подогревателе и направляется в химводоочистку. Химически очищенная вода разветвляется на два направления: первое — подогреватель, охладитель выпара, деаэратор питательной воды, второе — охладитель подпиточной воды, подогреватель подпиточ­ной воды, охладитель выпара, деаэратор подпиточной воды. Из деаэратора питательной воды питательным насосом вода поступает в паровые котлы и на впрыск в РОУ. Сетевой насос подает обрат­ную воду в водогрейные котлы и затем нагретую — в подающую линию теплосети. Возможен и другой вариант: обратная вода сначала подогревается в пароводяных сетевых подогревателях и после них поступает в водогрейные котлы, т. е. водогрейные котлы в этом случае работают как пиковые.

Пар от паровых котлов частично направляется к технологи­ческим потребителям, частично к РОУ, после которой исполь­зуется на собственные нужды и подается потребителям, требу­ющим давление 0,6 МПа. Непрерывная продувка от паровых котлов направляется в расширитель, где котловая вода вследствие снижения давления частично испаряется. Пар из расшири­теля поступает в деаэратор питательной воды. Вода из расшири­теля поступает в охладитель продувочной воды и сбрасывается в продувочный колодец (барботер).

Лекция 12

Шлакозолоудаление. Назначение и классификация схем.- 2 часа

Дымовые газы содержат два основных загрязняющих их компонента — летучую золу (при сжигании твердого топлива) и сернистый ангидрид.

Для очистки дымовых газов от летучей золы применяют золоуло­вители.

По принципу действия различают золоуловители: механические инерционные сухие, в которых для очистки газов используют действие сил инерции на твердые частицы, находящиеся в газах; меха­нические инерционные мокрые, в которых с целью улуч­шения очистки к действию сил инерции добавляют улавливающее действие водяной пленки; электростатические, в которых для улавли­вания твердых частиц используют действие электростатических сил.

Основой подавляющего большинства механических инерционных золо­уловителей является циклон. Циклон отличается той принципиальной особенностью, что он улав­ливает пыль тем более полно, чем меньше его диаметр. Поэтому механи­ческие сухие инерционные золоуловители с целью улучшения очистки газов выполняют в виде батарей или блоков циклонов небольшого диаметра.

Батарейный циклон в настоящее время является наиболее распростра­ненным типом золоуловителя в котельных установках малой и средней мощ­ности. Этот аппарат состоит из корпуса, который двумя гори­зонтальными перегородками разделен на три камеры. Запыленные дымо­вые газы входят в среднюю камеру через входное окно и проходят в ба­тареи циклонов небольшого диаметра (150, 250 или 300 мм), в которых струи этих газов закручиваются спиралями или розетками. В результате зола, содержащаяся в газах, относится к стенкам циклона и, выделившись из потока, ссыпается через отверстия в нижнюю камеру циклона, а за­тем через патрубок удаляется из золоуловителя. Очищенные дымовые газы через внутренние трубы циклонов 8 проходят в верхнюю камеру циклона и далее через выходные патрубки уходят из циклона. Циклонные элементы изготовляют из чугуна. Золоуловитель разделен на две секции. При уменьшении нагрузки на котел одна из них отключается шибером, с тем, чтобы сохранить в норме скорость газов в золоуловителе, так как с ее уменьшением уменьшается степень очистки газов. В батарейном циклоне улавливается 75 — 85% поступившей в него золы. Недо­статком батарейных циклонов является их высокое сопротивление, со­ставляющее 50—90 кГ/м², что приводит к значительному повышению сопротивления газового тракта и соответствующему увеличению расхода электроэнергии на тягу.

Блоки циклонов устанавливают к котельным агрегатам паропроизводительностью 2,5—20 т/ч. Запыленные газы, поступившие в блок, распре­деляются из короба по четырем — восьми параллельно включенным цикло­нам диаметром 400—800 мм. Уловленная в циклонах зола накапливается в золовом бункере, откуда она периодически удаляется. Очищенные газы через сборный короб удаляются из блока. Степень очистки составляет 70— 80%, уменьшаясь с увеличением диаметра циклонов. Сопротивление блока составляет 35—50 кГ/м².

Механические инерционные мокрые золоуловители выполняют в виде скрубберов — вертикальных цилиндров большого диаметра и боль­шой высоты. Запыленные газы вводятся в нижнюю часть цилиндра через входной патрубок тангенциально. В верхней части скруббера размещается оросительная система, которая создает на его внутренних стенках пленку стекающей воды. Частицы пыли, достигшие стенок циклона под действием центробежной силы, созданной тангенциальным вводом газов, смачиваются водой и смываются в донную воронку скруббера, откуда они удаляются вместе с водой.

Скрубберы более простого типа, устанавливаемые к котельным агрега­там малой и средней паропроизводительности, выполняют диаметром 0,5— 1,6 и высотой 4—10 м, причем на котел можно поставить два, три и более параллельно включенных аппарата. Размеры и число устанавливаемых скрубберов выбирают из расчета, чтобы скорость подъема газов в их попе­речном сечении не превышала 5 м/сек, а скорость движения газов во вход­ном патрубке составляла приблизительно 20 м/сек. К крупным котельным агрегатам устанавливают скрубберы больших размеров диаметром 2,3— 3,3 и высотой 8—11 м, во входном патрубке которых для улучшения очистки газов размещают решетку из горизонтально расположенных металличе­ских прутьев, омываемых водой (так называемые мокропрутковые скрубберы). На котельный агрегат устанавливают параллельно несколь­ко таких скрубберов, причем размеры и число их определяют, исходя из того, чтобы скорость подъема газов в скруббере не превышала 4,5 м/сек, скорость движения газов во входном патрубке составляла приблизительно 12 м/сек, а в живом сечении между прутками приблизительно 25 м/сек.

Сопротивление скрубберов невелико. Степень очистки газов в них до­ходит до 85—90%. Расход воды на создание пленки составляет приблизи­тельно 0,1—0,25 м² на 1 000 м³ очищаемого газа, уменьшаясь с повышением пропускной способности скруббера. Скрубберы не рекомендуют ставить в тех случаях, когда температура дымовых газов ниже 130° С, когда жест­кость воды превышает 20 мг-экв/кг и когда в золе топлива содержится более 20% свободной извести. При сжигании топлива с приведенным содержанием серы выше 1,2% -кг/1 000 ккал следует предусматривать нейтрализацию золоводяной пульпы.

Электрические фильтры устанавливают к котельным агрегатам средней и большой паропроизводительности. Работа электрофильтров основана на свойствах заряженных электрическим зарядом твердых тел притягиваться к полюсу обратного знака. Отечественная промышленность выпускает пла­стинчатые электрофильтры двух различных типов: с горизонтальным и вер­тикальным потоком газов. Применяют преимущественно электрофильтры с горизонтальным потоком газов. Вертикальные электрофильтры устанавли­вают при недостатке места.

Электрофильтр состоит из камер, в которых размещены осадительные и коронирующие (излучающие) электроды. Осадительные электроды присоединены к положительному, а коронирующие — к отрицательному полюсу источника питания (питание электрофильтра производит­ся выпрямленным током высокого напряжения). Для удаления осевшей золы электроды автоматически встряхивают ударами особых устройств (молотков). Дымовые газы, подлежащие очистке от взвешенных частиц золы, про­ходят через щелевые каналы, образуемые пластинами, в горизонталь­ном направлении или снизу вверх. Опавшая зола собирается в бункерах, откуда она попадает в систему золоудаления. Коронирующие электроды выполняют из стальной проволоки квадратного сечения, а осадительные набирают из отдельных пластин коробчатого сечения. Для более равномер­ного распределения очищаемых газов по каналам, что важно для хорошей очистки их, устанавливают особую газораспределительную решетку. Разность потенциалов, необходимая для создания достаточного электро­статического поля, составляет 50—70 кв.Для получения выпрямленного тока столь высокого напряжения служит специальная выпрямляющая установка.

Электрофильтры дают высокую степень очистки, составляющую 90— 95%, причем степень очистки в электрофильтрах с горизонтальным движе­нием газов на 2 -4% выше, чем в электрофильтрах с восходящим потоком газов. Малая скорость движения газов в электрофильтре, не превышающая 2—3 м/сек,приводит к тому, что аэродинамическое сопротивление электро­фильтров невелико: 10—20 кГ/м².Расход электроэнергии на выпрямитель невелик, не превышая 0,25 квт-ч на 1 т пара, производимого котлом. Недо­статками электрофильтров являются их высокие вес и стоимость из-за большого расхода металла и сложности оборудования, а также большие габа­риты из-за необходимости ограничивать скорость газов, проходящих через фильтр.

Если требуется особо тщательная очистка дымовых газов от золы, уста­навливают комбинированные золоуловители. Первичная, грубая очистка газов происходит в батарейном циклоне, а окончательная, тонкая — в элек­трофильтре. Степень очистки в такой установке может составить 98—99%.Устанавливают золоуловители на открытом воздухе.

Значительный вред приносит человеку, животному и растительному миру содержащийся в дымовых газах сернистый ангидрид. Очистка дымо­вых газов от SO₂ до настоящего времени не получила удовлетворительного технического и экономического разрешения. Единственным средством умень­шения причиняемого им ущерба является увеличение высоты дымовых труб для отвода дымовых газов в более высокие слои атмосферы.

Удаление из котельной уловленной летучей золы производится раз­ными способами. В небольших котельных летучую золу после смачивания во избежание пыления при спуске и транспорте ссыпают в самосвалы и от­возят в отвал. Удаление шлака в таких котельных при слоевом сжигании топлива чаще всего осуществляют скреперами. Под топ­ками котлов вдоль всей котельной делают шлаковую канаву, в которую ссыпается шлак из шлаковых бункеров котлов. Отсюда шлак скреперомвыдается в сборный шлаковый бункер, из которого он через шиберссыпается в самосвал для удаления в отвал. Скрепер приводится в движение лебедкой через систему канатов. Недостатком описанной системы яв­ляется ее громоздкость. Кроме того, когда канава сухая, спуск шлака со­провождается сильным пылением. Когда же канаву заполняют водой, тяго­вые канаты скрепера быстро изнашиваются.

В крупных котельных обычно используют общую для удаления летучей золы и шлака гидравлическую систему шлакозолоудаления. Наи­более распространенной является система с багерными насосами, применяе­мая в котельных со сжиганием пылевидного топлива. Вдоль всей котельной под шлакосмывными шахтами, зольными воронками и золоуло­вителями устраивают смывные каналысдовольно большим уклоном, по которым самотеком протекает вода, подаваемая насосом. В эти каналы через золосмывные аппаратыподаются летучая зола из сборных бункеров золоуловителейи бункеров летучей золы котлоагрегата, атакже гра­нулированный шлак из шлакосмывных шахт. Поток воды, идущей в ка­налах, смывает спущенные золу и шлак к багерной насосной. Чтобы избежать оседания золы и шлака в каналах, в местах, где опасность оседа­ния велика, устанавливают побудительные водяные сопла, также питае­мые от насоса. В багерной насосной гидрозолошлаковая смесь проходит металлоуловительи неподвижный грохот. Крупные куски шлака, не прошедшие через грохот, поступают в дробилку, откуда образовавшаяся пульпа пере­качивается багерным насосом в золоотвал.

Кроме гидравлических систем шлакозолоудаления, применяют также системы пневматического шлакозолоудаления, в которых транс­портирующим агентом является не вода, а воздух.

Лекция 13

Тягодутьевые устройства, общие положения, классификация. – 2 часа

Тяга и дутье

Чтобы в топке котельного агрегата могло происходить горение топлива, в нее необходимо подавать воздух. Для удаления из топки газо­образных продуктов сгорания и перемещения их через систему поверхно­стей нагрева котельного агрегата должна быть осуществлена тяга. Подача воздуха в топку и тяга могут быть естественными, когда тяга создается дымовой трубой, а воздух поступает в топку вследствие разре­жения, создаваемого в топке тягой дымовой трубы, и искусственным и, когда воздух в топку подается дутьевыми вентиляторами, а тяга осу­ществляется дымососами.

Усложнение профиля котельного агрегата привело к повышению его общего аэродинамического сопротивления, а снижение температуры отхо­дящих газов — к уменьшению силы тяги, создаваемой трубой данной вы­соты. В результате влияния обоих этих факторов в установках с котлами паропроизводительностью 2,5 т/ч и выше естественная тяга почти полно­стью уступила место искусственным тяге и дутью.

Дымовая труба сохраняется и при искусственной тяге, но основным, назначением ее становится вывод дымовых газов в более высокие слои ат­мосферы, с тем, чтобы улучшить условия рассеяния их в пространстве, что особенно важно в случаях, когда дымовые газы содержат повышенное коли­чество вредных примесей — летучей золы и SO₂.

Движение потока дымовых газов в газовом тракте котельной установки представляет собой сложный случай турбулентного движения сжимаемой жидкости, так как газовый тракт имеет повороты, поперечное сечение его неоднократно изменяется, а отдельные газоходы заполнены трубными пуч­ками с различными характеристиками. Кроме того, температура и плотность дымовых газов изменяются в процессе движения в результате происходящей отдачи тепла. При сжигании твердого топлива движение газов еще осложняется наличием в них летучей золы, содержание которой изме­няется по длине тракта. Движение потока воздуха в воздушном тракте котельного агрегата отличается теми же особенностями, за исключением того, что воздух не забалластирован пылевидными примесями, т. е. является чистым газом.

Поскольку дымовые газы и воздух являются вязкими газами, движение их в газовоздуховодах котельной установки сопровождается потерей энер­гии, затрачиваемой на преодоление действия сил турбулентного трения. При этом действие вязкости проявляется двояко: во-первых, возникает трение движущегося газа о твердые поверхности; во-вторых, при различ­ных изменениях направления движения газа намного усиливается внутрен­нее трение в потоке. Для преодоления трения необходимо располагать не­которым избыточным давлением газа, которое будет уменьшаться по мере прохождения потока через данный элемент тракта. Падение полного дав­ления дымовых газов или воздуха ∆h^п в элементе тракта определяется урав­нением

∆h^п = ∆h + h_с,

Где ∆h — аэродинамическое сопротивление данного элемента тракта;

h_с — его самотяга.

Величины давления и аэродинамического сопротивления выражают в кГ/м².В системе СИ величины давления и сопротивления выражают в ньютонах на квадратный метр (н/м²),причем 1 н/м² = 0,102 кГ/м². Однако для аэродинамических расчетов в котельных установках можно рекомендовать к использованию кратную величину — деканьютон на квадратный метр (дан/м²),которая приблизительно соответствует 1 кГ/м².

Дымовые трубы

Дымовые трубы выполняют кирпичными, железобетонными и сталь­ными. Из кирпича обычно сооружают трубы высотой до 80 м; более высокие трубы сооружают из железобетона. Стальные трубы устанавливают только на вертикально-цилиндрических котлах и водогрейных котлах большой теплопроизводительности башенного типа. Так как дымовая труба — доро­гостоящее сооружение, то обычно ее выполняют общей для всей котельной или для группы из двух-трех котельных агрегатов. Принцип действия дымовой трубы одинаков как в установках с есте­ственной тягой, так и в установках с искусственной тягой. Разница заклю­чается только в количественной стороне вопроса. При естественной тяге дымовая труба должна преодолеть сопротивление всей котельной уста­новки. При искусственной тяге назначение дымовой трубы сводится к вы­носу дымовых газов в более высокие слои атмосферы, а тяга, которую она создает, становится только добавлением к тяге, создаваемой дымососом. Действие дымовой трубы основано на принципе Самотяги: разность ве­сов столба более горячих дымовых газов в трубе и такой же высоты столба более холодного воздуха в окружающей атмосфере приводит к возникнове­нию движения потока дымовых газов в газоходах котла и соответствующего разрежения в топке. Тяга, создаваемая дымо­вой трубой (самотяга трубы), будет тем больше, чем выше температура ды­мовых газов в трубе, чем ниже температура наружного воздуха и чем выше труба. Однако не вся тяга, создаваемая дымовой трубой, может быть ис­пользована для преодоления сопротивления котельной установки. Неко­торая часть этой тяги затрачивается на преодоление трения дымовых газов о стенки самой трубы и создание динамического давления, необходимого для получения заданной скорости выхода дымовых газов из трубы.

Кирпичнаядымовая труба.

Высоту дымовой трубы при искусственной тяге выбирают, исходя из
санитарных требований отвода газов на необходимую высоту. Из этих же
соображений проверяют и минимально допустимую высоту трубы при есте­ственной тяге. Согласно СНиП высоту дымовых труб котельных,
предназначаемых для работы на твердом топливе при наличии установок
для очистки дымовых газов от золы со степенью улавливания 85—90%, вы­бирают в зависимости от величин приведенной зольности и сернистости
топлива. Согласно данным этой таблицы выбирают
также высоту дымовой трубы для котельных, предназначаемых для сжига­ния мазута. Для котельных, предназначаемых для работы на газообразном
топливе, высоту трубы выбирают по конструктивным соображениям, но не ниже 20м. Если в радиусе 200 м от котельной имеются здания высотой более 15 м, мини­мальная высота дымовой трубы принимается равной 45 м. Часовое количество дымовых газов, проходящих через дымовую трубу, зависит от производительности и числа котельных агрегатов, присоединенных к трубе. Диаметр устья дымовой трубы зависит от количества дымовых газов, проходящих через нее, и от скорости выхода их из трубы. Скорость дымовых газов па выходе из трубы при естественной тяге принимают равной не менее 6—10 м/сек во избежание задувания дымовых газов в трубу при ветре и работе котельной при пониженной производительности. При искусственной тяге ско­рость выхода дымовых газов из трубы определяют из экономических соображений. Экономическая скорость дымовых газов на выходе из кирпичных и железобетонных труб составляет: для котельных большой и средней паропроизводительности - 15—23 м/сек, а для котельных малой производительности (промышленных и отопи­тельных) - 10—20 м/сек.

Дымососы и дутьевые вентиляторы

Дымососы производительностью до 100 000 м³/ч, а также все дутьевые вентиляторы, выпускаемые отечественной промышленностью, выполняют в виде центробежных машин одностороннего всасывания с консольным рас­положением крыльчатки. Дымососы обозначают маркой Д, а дутьевые вен­тиляторы — маркой ВД. Дымососы и дутьевые вентиляторы одного типо­размера имеют одинаковую конструкцию и размеры, за исключением того, что в дымососах детали, непосредственно соприкасающиеся с газами, уси­лены с запасом на золовой износ. Дымососы большей производительности (до 300 000 м^я/ч) выполняют с двусторонним всасом, что упрощает задачу опирания вала дымососа и дает некоторые другие преимущества.

Центробежный дымосос (и вентилятор) консольного типа представляет собой крыльчатку 5, заключенную в улитку 4. Крыльчатка надета на вал, опирающийся на консольный подшипник 3. Вал непосред­ственно соединен с валом электродвигателя 1 муфтой 2. Электродви­гатель и консольный подшипник размещены на раме 6, которая болтами 7 скрепляется с фундаментом. Ко всасывающему патрубку дымососа присое­динен направляющий аппарат. Вращаясь со скоростью 720 — 2 800 об/мин, такой дымосос (или вентилятор) развивает давление 70 — 250 кГ/м².

Дымососы устанавливают за котельным агрегатом, причем в котельных установках, предназначенных для сжигания твердого топлива, — после золоуловителя, чтобы уменьшить количество проходящей через него лету­чей золы и тем самым уменьшить истирание золой крыльчатки. В целях уменьшения объема здания котельной дымососы, как правило, устанав­ливают на открытом воздухе.

В котельной дымососы размещают только в тех районах, где расчетная зимняя температура наружного воздуха для расчета отопления ниже ми­нус 30° С.

Дымосос устанавливают такой производительности, чтобы он полностью удалял из котельной установки все газообразные продукты сгорания топ­лива, имея при этом небольшой запас по производительности. Дымосос выбирают так, чтобы развиваемое им давление с учетом тяги, создаваемой дымовой трубой, обеспечивало с некоторым запасом необходимый перепад полного давления по газовому тракту. При этом учитывают не­обходимость поддержания небольшого разрежения в верхней части топки при работе котельного агрегата для устранения выбивания дымовых газов из топки через неплотности в обмуровке.

Требуемое давление дымососа в небольших котельных установках со­ставляет 100—200 кГ/м², а в круп­ных котельных установках возрастает до 200—250

Дутьевые вентиляторы устанавливают перед воздухоподогревателем, чтобы они подавали неподогретый воздух, так как мощность, требуемая для подачи вентилятором данного массового количества воздуха, уменьшается с понижением его температуры, что приводит к соответствующему уменьшению расхода электроэнергии на дутье. Чтобы повысить к. п. д. котельного агрегата, стараются использовать тепло воздуха, нагревшегося в котельной. Этот воздух как более легкий собирается в верхней части здания котельной, поэтому перед вентилятором выполняют вертикальный всасы­вающий воздуховод, начинающийся несколько ниже перекрытия котельной. Производительность дутьевого вентилятора должна обеспечить подачу в топ­ку количества воздуха, необходимого для горения, с некоторым запасом. Дутьевой вентилятор выбирают так, чтобы развиваемое им давление обеспечивало с некоторым запасом необходимый перепад полного давления по воздушному тракту. Основные характеристики центробежной тяго-дутьевой машины (дымососа и вентилятора) — производительность, развиваемое давление и по­требление мощности определяются размерами машины и ее конструктивными параметрами. В пределах данной машины основные характеристики зависят от числа оборотов. Изменение производительности центробежной тяго-дуть­евой машины прямо пропорционально изменению числа оборотов, изменение давления — квадрату изменения числа оборотов, изменение потребления мощности — кубу числа оборотов. Количество дымовых газов или воздуха, которое подает тягодутьевая машина, работающая на данный тракт, определяется его аэродинами­ческой характеристикой. Эта характеристика выражает величину перепада полного давления в тракте в зависимости от количества проходящих через него дымовых газов или воздуха и приблизительно представ­ляет собой квадратичную параболу, проходящую через начало координат Очевидно, что количество дымовых газов или воздуха, подавае­мое машиной, определится точкой пересечения характеристики машины по давлению и аэродинамической характеристики тракта

Большое значение для экономичной эксплуатации котельных агрегатов имеет рациональное регулирование производительности дымососов и дутьевых вентилято­ров. В эксплуатации котельных агрегатов экономически важно при изменении нагрузки на котел поддерживать постоянные значения коэффициента избытка воздуха в конце топки и разрежения верхней части ее, с тем, чтобы сохранять расчетный к. п. д. котель­ного агрегата. Этого можно достигнуть, если в распоряжении эксплуатационного персо­нала имеются надлежащие средства для гибкого и тонкого регулирования произво­дительности дымососов и дутьевых вентиляторов.

Самым простым, но и самым неэкономичным является регулирование шибером, когда желаемая производительность достигается изменением положения одного из шиберов тракта, что изменяет аэродинамическую характеристику последнего и рабочую точку машины. Например, желая уменьшить производительность машины, прикрывают шибер, создавая тем самым в тракте новое местное сопротивление. Введение в тракт дополнительного местного сопротивления вызывает дополнительную затрату энергий на преодоление его, в результате чего уменьшение производительности машины не сопровождается соответствующим уменьшением мощ­ности, потребной для вращения ее.

Наиболее экономичным является регулирование производительности тягодутьевой машины изменением числа оборотов, так как число оборотов машины сильно влияет на величину требуемой мощности. Недостатком регулирования производительности тягодутьевых машин измене­нием числа оборотов является необходимость применения электродвигателей с регули­руемым числом оборотов, которые более дороги, чем короткозамкнутые. Применение гидромуфт также неэффективно, так как они дороги и сложны в эксплуатации. Поэтому производительность тягодутьевых машин регулируют направляющими ап­паратами.

Лекция 14

Дата добавления: 2014-12-16