Основні елементи парових та водогрійних котлів
Топки для спалювання газоподібних, рідких та твердих палив
При спалюванні газу, мазуту та твердого пиловугільного палива використовуються, як правило, камерні топки. Топка обмежена фронтальною, задньою, бічними стінами, а також підом і склепінням. Уздовж стін топки розташовані випарні поверхні нагрівання (кип'ятільні труби) діаметром 50-80 мм, що сприймають випромінювану теплоту від факела та продуктів згоряння. Для спалювання газоподібного або рідкого палива під камерної топки зазвичай не екранують, для вугільного пилу в нижній частині камери топки виконують «холодну» вирву для видалення золи, що випадає з палаючого факела.
Верхні кінці труб ввальцьовані в барабан, а нижні приєднані до колекторів шляхом вальцювання або зварювання. У ряду котлів кип'ятільні труби заднього екрану перед приєднанням їх до барабана розводять у верхній частині топки в кілька рядів, розташованих у шаховому порядку та утворюють фестон.
Для обслуговування топки та газоходів у котельному агрегаті використовується наступна гарнітура: лази, дверцята, що закриваються, смотрелки, вибухові клапани, шибери, поворотні заслінки, обдувні апарати, дробоочищення.
Для регулювання тяги та перекриття бору служать чавунні димові шибери або поворотні заслінки.
При роботі на газоподібному паливі, щоб запобігти скупченню горючих газів у топках, димоходах і килимках котельної установки під час перерви в роботі, у них завжди повинна підтримуватися невелика тяга; для цього в кожному окремому борові котла до збірного борову повинен бути свій шибер з отвором у верхній частині діаметром не менше 50 мм.
Обдувальні апарати та дробоочищення призначені для очищення поверхонь нагріву від золи та сажі.
Барабани парових котлів
Слід зазначитибагатоцільове призначення барабанів парових котлів, зокрема, у них відбуваються такі процеси:
- поділ пароводяної суміші, що надходить з підйомних труб, що обігріваються, на пару і воду і збір пари;
- внутрішньокотлова обробка води (термічне та хімічне пом'якшення води);
- осушка пари від крапельок котлової води;
- промивання пари від розчинених у ньому солей;
- Захист від перевищення тиску пари.
Барабани котлів виготовляють із котельної сталі зі штампованими днищами та лазом. Внутрішню частину об'єму барабана, заповнену до певного рівня водою, називають водяним об'ємом, а заповнену пором під час роботи котла - паровим об'ємом. Поверхня окропу в барабані, що відокремлює водяний об'єм від парового, називається дзеркалом випаровування. У паровому котлі гарячими газами омивається лише частина барабана, яка з внутрішньої сторони охолоджується водою. Лінія, що відокремлює поверхню, що обігрівається газами, від необігріваної, називається вогневою лінією.
Пароводяна суміш надходить підйомними кип'ятильними трубами, ввальцованим в днище барабана. З барабана вода опускними трубами подається в нижні колектори.
На поверхні дзеркала випаровування виникають викиди, гребені і навіть фонтани, при цьому до пари може потрапити значна кількість крапельок котлової води, що знижує якість пари в результаті підвищення її солевмісту. Краплі котлової води випаровуються, а солі, що містяться в них, осідають на внутрішній поверхні пароперегрівача, погіршуючи теплообмін, в результаті якого підвищується температура його стінок, що може призвести до перепалу. Солі можуть також відкладатися в арматурі паропроводів та призвести до порушення її щільності.
Для рівномірного надходження пари в паровий простір барабана таДля зниження його вологості використовуються різні сепараційні пристрої.
Для зниження можливості відкладення накипу на випарних поверхнях нагріву застосовується внутрішньокотлова обробка води: фосфатування, луження, використання комплексонів.
Фосфатування має на меті створити в котловій воді умови, за яких накипівтворювачі виділяються у формі неприкипаючого шламу. Для цього необхідно підтримувати певну лужність котлової води.
На відміну від фосфатування обробка води комплексонами може забезпечити безнакипний та безшламовий режими котлової води. Як комплексон рекомендується використовувати натрієву сіль «Трилон Б».
Підтримка допустимого за нормами солевмісту у казанової воді здійснюється продуванням котла, тобто. видаленням з нього деякої частини котлової води, яка завжди має більш високу концентрацію солей, ніж живильна вода.
Безперервна продування води здійснюється з місця з найбільшою концентрацією солей, тобто. із «сольового» відсіку. Пара, що утворюється на обох щаблях випаровування, змішується в паровому просторі і виходить із барабана через ряд труб, розташованих у його верхній частині. З підвищенням тиску пара може розчиняти деякі домішки казанової води (кремнієву кислоту, оксиди металів).
Пароперегрівачі котлів
Отримання перегрітої пари з насиченої сухої пари здійснюється в пароперегрівачі. Пароперегрівач - один із найвідповідальніших елементів котельного агрегату, тому що з усіх поверхонь нагріву він працює в найважчих температурних умовах (температура перегріву до 425 ° С). Змійовики пароперегрівача та колектори виконуються з вуглецевої сталі.
За способом теплосприйняття пароперегрівачіподіляються на конвективні, радіаційно-конвективні та радіаційні. У котельних агрегатах низького та середнього тисків використовуються конвективні пароперегрівачі з вертикальним або горизонтальним розташуванням труб. Для одержання пари з температурою перегріву понад 500 °С застосовують комбіновані пароперегрівачі, тобто. у них одна частина поверхні (радіаційна) сприймає теплоту за рахунок випромінювання, а інша частина – конвекцією. Радіаційна частина поверхні нагріву пароперегрівача розташовується у вигляді ширм безпосередньо у верхній частині камери згоряння.
Залежно від напрямів руху газів та пари розрізняють три основні схеми включення пароперегрівача в газовий потік: прямоточну, при якій гази та пара рухаються в одному напрямку; протиточну, де гази та пара рухаються в протилежних напрямках; змішану, в якій в одній частині змійовиків пароперегрівача гази та пар рухаються прямоточно, а в іншій – у протилежних напрямках.
Оптимальною за умовами надійності роботи є змішана схема включення пароперегрівача, при якій перша по ходу пара частина пароперегрівача виконується протиточною, а завершення перегріву пари відбувається в другій частині при прямоточному русі теплоносіїв. При цьому в частині змійовиків, розташованих в області найбільшого теплового навантаження пароперегрівача, на початку газоходу буде помірна температура пари, а завершення перегріву пари відбувається при меншому тепловому навантаженні.
Температуру пари в котлах із тиском до 2,4 МПа не регулюють. При тиску 3,9 МПа і вище температуру регулюють такими способами: упорскуванням конденсату пар; використанням поверхневих пароохолоджувачів; за допомогою газового регулювання шляхом зміни витрати продуктів згоряння черезпароперегрівач або переміщення положення факела в топці за допомогою поворотних пальників.
Пароперегрівач повинен мати манометр, запобіжний клапан, запірний вентиль для відключення пароперегрівача від парової магістралі, прилад для вимірювання температури перегрітої пари.
Повітропідігрівачі
Повітропідігрівач, сприймаючи теплоту від газів, що відходять і передаючи її повітрю, він зменшує найбільш помітну частину втрат теплоти з газами. Під час використання підігрітого повітря підвищується температура горіння палива, інтенсифікується процес спалювання, підвищується коефіцієнт корисної дії котельного агрегату. Разом про те під час встановлення повітряного підігрівача збільшуються аеродинамічні опору повітряного і димового трактів, які долаються створенням штучної тяги, тобто. шляхом встановлення димососа та вентилятора.
Температуру підігріву повітря вибирають залежно від способу спалювання та виду палива. Для природного газу та мазуту, що спалюються в камерних топках, температура гарячого повітря становить 200-250 °С, а для пиловугільного спалювання твердого палива - 300-420 °С.
За принципом дії повітропідігрівачі поділяють на рекуперативні та регенеративні. У рекуперативному повітропідігрівачі передача теплоти від продуктів згоряння до повітря відбувається безперервно через розділову стінку, по один бік якої рухаються продукти згоряння, а по інший - повітря, що нагрівається.
У регенеративних воздухоподогревателях передача теплоти від продуктів згоряння до повітря, що нагрівається, йде за рахунок поперемінного нагрівання і охолодження однієї і тієї ж поверхні нагріву.
Запобіжні пристрої та контрольно-вимірювальні прилади
Для водогрійнихкотлів запобіжним пристроєм від підвищення тиску можуть служити обвідні лінії зі зворотними клапанами, що пропускають воду в напрямку від котла до трубопроводу системи опалення. І якщо засувки, встановлені біля котла, чомусь виявляться закритими, то все одно зв'язок з атмосферою через розширювальну посудину не порушиться.
Якщо на трубопроводі між котлами та розширювальним посудом крім зазначених засувок є будь-яка інша запірна арматура, то повинні бути встановлені запобіжні клапани.
Парові котли при до 70 кПа забезпечуються запобіжним пристроєм у вигляді гідравлічного затвора.
Для безпечної та правильної експлуатації парові котли, крім запобіжних пристроїв, забезпечують водовказівними приладами, пробковими кранами та манометрами.
Для обліку витрати поживної води, що подається в паровий котел, або води, що циркулює у системі водяного опалення, встановлюють водомір або діафрагми. Для вимірювання температури води, що надходить у систему водяного опалення та повертається в котел, передбачають термометри у спеціальних футлярах.
Для котелень продуктивністю понад 20 Гкал/год, для яких газоподібне паливо встановлено як основне, має передбачатися резервне паливо - топковий мазут. При розробці проектів котелень ці види палива слід розглядати як рівнозначні.
При переведенні котелень з котлами, обладнаними камерними топками для спалювання твердого палива, на спалювання газоподібного як резервне повинно зберігатися тверде паливо.
Водопідготовка та водно-хімічний режим
Водопідготовка - це обробка води, що надходить із природного вододжерела, наприклад, водозабірних споруд, для різних потреб, наприклад, господарсько-побутових, технологічних: на харчування парових та водогрійних котлів або для технологічних цілей. Водопідготовка провадиться на теплових електростанціях, у комунальному господарстві, на промислових підприємствах.
Водопідготовка полягає у звільненні води від грубодисперсних і колоїдних домішок і солей, що містяться в ній, що запобігає відкладенню накипу, винесення солей пором, корозія металів, а також забруднення оброблюваних матеріалів при використанні води в технологічних процесах.
Водопідготовка включає такі основні методи (етапи) обробки:
- освітлення (видалення з води коагуляцією, відстоюванням та фільтруванням колоїдальних та суспензованих забруднень);
- пом'якшення (усунення жорсткості води осадженням солей кальцію та магнію, вапном та содою або видалення їх з води катіонуванням);
- знесолення та знекремнення (іонний обмін або дистиляцією у випарниках);
- видалення розчинених газів (термічним або хімічним методом) та оксидів заліза та міді (фільтруванням).
Водно-хімічний режим роботи котельні повинен забезпечувати роботу котлів, пароводяного тракту, тепловикористовуючого обладнання та теплових мереж без корозійних пошкоджень та відкладень накипу та шламу на внутрішніх поверхнях, отримання пари та води необхідної якості.
Технологію обробки води слід вибирати в залежності від вимог до якості пари, живильної та котлової води, води для систем теплопостачання та гарячого водопостачання, кількості та якості стоків, що скидаються, а також від якості вихідної води.
Технологія обробки води для відкритих систем теплопостачання та систем гарячого водопостачання, а також реагенти та матеріали, що застосовуються, не повинні погіршувати якість вихідної води. При виборіреагентів та матеріалів необхідно керуватися Переліком нових матеріалів та реагентів, дозволених Головним санітарно-епідеміологічним управлінням Міністерства охорони здоров'я України для застосування у практиці господарсько-питного водопостачання.
Об'єм хімічного контролю якості води для теплових мереж відкритих систем теплопостачання та систем гарячого водопостачання має відповідати ГОСТ 2874-73 «Вода питна».
Розміщення та компонування котелень
У будинках дошкільних закладів та навчальних закладів вбудовані котельні допускаються лише для потреб. Розміщення котелень у лікарняних корпусах взагалі не допускається. Їх мають у своєму розпорядженні в окремих господарських корпусах.
Максимальна потужність вбудованих котелень не повинна перевищувати: при роботі на рідкому та газоподібному паливі - 3,5 МВт, на твердому паливі, залежно від сірчистості та зольності, 0,6-1,7 МВт. Не можна розміщувати котельні під основними приміщеннями будівель громадського призначення (торговими залами магазинів, фойє та залами глядачів видовищних підприємств, класами та аудиторіями навчальних закладів, груповими кімнатами дошкільних закладів).
Зблоковані котельні влаштовують у комунально-побутових та виробничих підприємствах, якщо близькість розташування їх не впливає на технологічні процеси виробництва, не погіршує санітарно-гігієнічні умови та допускається протипожежними нормами (не створює пожежної небезпеки). Котельні, що окремо стоять, слід розміщувати, як правило, в центрі теплових навантажень з урахуванням троянди вітрів. Вимоги щодо розміщення котелень визначено СНиП II-35-76 «Котельні установки».