Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

4.1. Котельні установ ки

Котельною установкою називають конструктивно об’єднаний в єдине ціле комплекс котельного агрегату та допоміжного обладнання. Котельний агрегат являє собою сукупність пристроїв, механізмів та елементів, об’єднаних між собою для виробництва водяної пари або теплої води потріб­них параметрів. До допоміжного обладнання належать вентилятори, димо­соси, хімводоочищення, системи підготовки і подачі палива та золошлако — видалення, обладнання для очищення димових газів, димова тру ба тощо.

4.1.1. Загальні положення

Залежно від виду виробленого робочого тіла котельні установки під­розділяють на парові, що виробляють водяну пару потрібних параметрів, і водогрійні, що видають гарячу воду визначеної температури та тиску.

За призначенням котельні установки поділяють на енергетичні, про­мислові, опалювально-промислові та опалювальні. В енергетичних котель­них установках виробляють пару високого (р < 9 МПа) і середнього (р < 3,5 МПа) тиску, призначену для подальшого перетворення в парових турбінах на ТЕС.

Виробничі котельні установки призначено для одержання водяної пари або гарячої води нарізні технологічні потреби. В опалювальних котельних установках виробляють водяну пару низького тиску або нагрівають воду лише для опалення, вентиляції і гарячого водопостачання житлових бу — динків івиробничих споруд.

Важливою ознакою класифікації котельних установок є розміщення в них продуктів горіння палива і робочого тіла (води, водяної пари). Ко­тельні установки, у яких продукти горіння рухаються в трубках, а вода — ззовні труб, називають газотрубними, інакше — водотрубними (вода ру — хається в трубках, а гази — ззовні).

Опалювальні й опалювально-промислові котельні установки можуть бути газотрубні і водотрубні, для енергетичних цілей використовують лише водотрубні котли.

Важливою ознакою, за якою класифікують парові котельні установки, є спосіб руху в них робочого тіла. За цією ознакою вони можуть бути з природною, примусовою та комбінованою циркуляцією.

Джерелом теплової енергії в котельних установках є органічне пали­во. Робочим тілом є вода, в окремих випадках використовують органічні висококиплячі рідини, наприклад даутерм, дифеніг та ін. Застосування останніх зумовлене їх особливими теплофізичними властивостями, на­самперед високою температурою кипіння і конденсації при низькому (порівняно з водою) тиску. Це дозволяє підвишцти ККД бінарного циклу, у якому водяна пара забезпечує можливість використання нижньої тем­пературної границі, а органічні рідини — верхньої.

Робочий процес у котельних установках складається з таких кінцевих стадій:

1) горіння палива;

2) теплопередача від гарячих димових газів до води або пари;

3) пароутворення (нагрівання води до кипіння і її випаровування) і перегрів насиченої пари.

Котельна установка складається з котла відповідного типу і допоміж­ного устаткування, шо забезпечує його роботу.

Основними елементами котла є топка і теплообмінні поверхні. Взаєм­не розмішення топки і газоходів, у яких знаходяться теплообмінні поверх­ні нагріву, тобто компоновка котла визначається властивостями палива, паровою потужністю і кінцевими параметрами пари.

Розрізняють П-, Т — і N-подібні та баштову компоновки котла (рис. 4.1). Під час спалювання мазуту, природного газу зазвичай вико­ристовують П-подібну компоновку (рис. 4.1, а), коли котел має два вер — тикальні газоходи (топкові камери і конвективну шахту) і горизонталь­ний газохід, шо з’єднує їх. Для спалювання твердого палива таку ком­поновку застосовують у котлах паровою потужністю (D0) до 1 000…1 600 т/г.

Рис. 4.1. Основні види компонування котлів: а — П-подібне; б — N-подібне (чотириходове); в — Т-подібне; г — баштове

Т-подібне компонування (рис. 4.1, в), що сприяє зменшенню глибини конвективно! шахти і висоти з’єднувального газоходу, застосовують для потужних котлів (D0 > 1000 т/г), що працюють на твердому паливі. Для вугілля з високоабразивною золою Т-подібне компонування застосову — ють для котлів, починаючи з D0 > 500 т/г.

N-подібне компонування котла (рис. 4.1, б) використовують під час спалювання палива з високим умістом в золі оксиду кальцію і лугів. Котел виконують три — або чотириходовим, з підйомною або інвертною топкою і ширмами в проміжних газоходах.

У потужних котлах для спалювання газу і мазуту або твердого палива (зокрема бурого вугілля з великим умістом високоабразивної золи) можна використати баштове компонуванням (рис. 4.1, г) у поєднанні з відкритим і напіввідкритим компонуванням котельного обладнання. Для нормально­го функціонування котла треба забезпечити підготовку і подання до нього палива, подання окиснювача для горіння, а також евакуацію продуктів згорання, золи і шлаку (якщо спалюють тверде паливо) та ін.

Допоміжне устаткування котла — це дуттьові вентилятори і димососи для подання повітря в котел і евакуації з нього в атмосферу продуктів згорання; бункери, живильники сирого палива і пилу; вуглерозмельні млини для забезпечення безупинного подання і підготовки пилоподібного палива потрібної якості; золовловлювальне і золошлакотранспортувальне обладнання для очищення димових газів від золових частинок з метою охорони навколишнього середовища від забруднення і для організовано­го виведення вловленої золи і шлаку; пристрої для профілактичного очи­щення зовнішньої поверхні труб котла від забруднень; контрольно — вимірювальна апаратура; водопідготовчі установки для обробки вихідної (природної) води до заданої якості.

Основними елементами котельної установки (рис. 4.2) є поверхні на­гріву, призначені для передачі теплоти від теплоносія до робочого сере­довища (води, пароводяної суміші, водяної пари або повітря). Залежно від процесів перетворення робочого тіла розрізняють нагрівальні, випарні і перегрівальні поверхні нагріву.

Теплоту від продуктів згорання до поверхні нагріву можна передавати випромінюванням (радіацією) і конвекцією. Відповідно до цього поверхні нагріву поділяють на радіаційні, конвективні і радіаційно-конвективні (напівр адіаційні).

До конвективної нагрівальної поверхні належать економайзер 18 (рис. 4.2), призначений для підігріву живильної води, що надходить у котел. Економайзер розміщують у зоні відносно невисоких температур у конвективній опускній шахті.

Рис. 4.2. Технологічна схема котельної установки: 1 — конвеєр; 2 — бункер; 3 — живиль­ник; 4 — млин; 5 — короб первинного повітря; 6 — нижній розподільний колектор; 7 — короб вторинного повітря; 8 — пальники; 9 — топка; 10 — опускні труби; 11 — обмурівка котла; 12 — підйомні труби; 13 —14 — барабан; 15 — ширмові перегрівники; 16 — конвективний перегрівник; 17 — другий ступінь економайзера; 18 — перший ступінь економайзера; 19 — повітропідігрівник; 20 — вентилятор; 21 — газоочистка; 22 — димосо с; 23 — димова труба; 24 — виведення золи та шлаку

Випарними є поверхні нагріву, розміщені в зоні найвищих темпера­тур топки 9 або в газоході за нею. Це найчастіше радіаційні або радіацій — но-конвективні поверхні нагріву — екрани, фестони, котельні пучки. Ек­ранні поверхні 12 — це поверхні нагріву котла, розміщені на стінах топки і газоходів, що захищають їх від впливу високих температур. Екрани мо­жуть бути також встановлені всередині топки (двосвітні екрани, що під­даються двосторонньому опромінюванню).

Перегрівальні поверхні нагріву можуть бути радіаційними, ширмови­ми і конвективними: радіаційні перегрівники розміщують на стінах топки або на її стелі. Ширмові перегрівники 15 — це поверхні нагріву, у яких шир — ми розміщено з великим поперечним кроком труб, які одержують теплоту випромінюванням і конвекцією приблизно в рівних кількостях. Конвекти — вні перегрівники 16 встановлюють у газоходах: у перехідному горизонта­льному або на початку (по ходу газів) конвективної шахти.

Сукупність послідовно розміщених по ходу робочого тіла поверхонь на­гріву, трубопроводів, що їх з’єднують, і встановлених додаткових пристроїв складає пароводяний тракт котла. До основного пароводяного тракту котла входять економайзер 18, труби відводу, барабан 14, опускні труби 10 і ниж­
ній розподільний колектор 6, екрани, стельовий перегрівник, перший та дру­гий ступінь конвективного перегрівника 16. Проміжний перегрівник 17 є елементом пароводяного тракту проміжного перегріву пари (див. рис. 4.2).

Устаткування для подання палива до пальників 8 і підготовки його до спалювання являє собою паливний тракт котла. Він містить конвеєр 1, бункер 2, живильники 3 вологого палива та пилу. Бункери вологого пали­ва, призначені для зберігання постійно відновлюваного запасу палива, забезпечують безупинну роботу котла. Живильники вологого палива — пристрої для дозування і подання палива з бункера до млинів 4, призна­чені для одержання вугільного пилу потрібної якості. До млина одночас­но з паливом для його підсушки (за допомогою короба 5) подають су — шильний агент, найчастіше — повітря.

Повітряний тракт котельної установки складають забірний повітровід, дуттьовий вентилятор 20, повітропідігрівник 19, короби 5 і 7 первинного і вторинного повітря (рис. 4.2). Усі елементи повітряного тракту (крім забір­ного повітроводу) знаходяться під надлишковим тиском, що забезпечує дут­тьовий вентилятор. Підігріте в повітропідігрівнику повітря використовують для сушіння палива, що дозволяє підвищити інтенсивність і еконо­мічність його горіння. Розрізня­ють рекуперативні і регенеративні повітропідігрівники.

Теплота від продуктів згоран­ня до повітря в рекуперативному пов ітр опідігр ів нику пер е даєть ся через їх теплообмінну відокрем — лювальну поверхню (рис. 4.3).

Трубчасті повітропідігрів — ники (ТПП) бувають одно — та двосту пенев і: пер ший ступінь

багатоходовий (гход = 2-6), дру­гий має один, рідше два ходи.

Роблять їх з окремих кубів (сек­цій). Куб складається з вертикаль­них сталевих тонкостінних труб (8 = 1,6 мм), які закріплюють у трубних дошках завтовшки 15…20 мм. Гази рухаються в трубах зверху донизу, повітря — за схемою перехресного ходу в міжтрубному просторі. Розмі-
щення труб шахове, зовнішній діаметр 40…51 мм (більші значення — для абразивного палива).

Розрізняють одно — (z = 1), дво — і багатопотокові, а також одно — і дво­ступеневі конструкції ТПП (рис. 4.4). Одноступеневий підігрів рекомендо­вано при температурі гарячого повітря trп ^ 320 °С. Швидкість повітря Wn ~ (0,4…0,6)Wr> де w — швидкість газів. Ступінь ТПП спирається на балки, з’єднані з каркасом котла. Температурні розширення металу сприймають­ся компенсаторами лінзового типу. Повітря пропускають по коробах.

Гази Гази Гази Гази Гази Гази І І тт y 4 Рис. 4.4. Схема компонування трубчастих повітропідігрівників (zx — кількість ходів; zCT — кількість ступенів; z^-j. — кількість потоків): а — zх = 4, zCT = 2; б — zCT = 2, перший ступінь: z^ = 2, zKm = 4, другий ступінь: z^ = 1, zKm = 1; в — два потоки: перший потік — zCT = 1, Zход = 3, другий потік — zCT = 2, Zход = 4, г — zCT = 1, z^x = 2, Zход = 3; П — повітря; гази — продукти згорання палива

У регенеративному повітропідігрівнику (РПП) процес передачі теп­лоти від гарячих газів до повітря відбувається через ту саму теплообмін­ну поверхню, що контактує послідовно з газами та повітрям (рис. 4.5).

Теплообмінну поверхню 6 РПП виконують з гофрованих сталевих листів. По висоті РПП поділяється на гарячу і холодну частині. Частота обертання ротора більше 1,5 хв-1. Обтікання листів газами і повітрям — поздовжнє. Швидкість газів wг = 11 ± 2 м/с, повітря wn = 6…9 м/с.

Продукти згорання проходять послідовно всі поверхні нагріву і після очищення від золи в золовловлювачах 21 виводяться через димову трубу 23 в атмосферу (див. рис. 4.2). Усе це становить газовий тракт котла, що може знаходитися під тиском дуттьового вентилятора або під розріджен­ням. В останньому випадку в газовому тракті після золовловлювачів установлюють димосос 22.

Пристрої 25, призначені для шлаковидалення, золовловлювачі 21 і канали 24 входять до тракту золошлаковиведення (див. рис. 4.2).

Елементами котла є обмурівка і каркас. Обмурівка 12 — система вогнетривких і теплоізоляційних захисних засобів або конструкцій, призначених зменшити теплові втрати і забезпечити газощільності.

Каркас 13 — несуча металева конст­рукція, що приймає навантаження від маси котла з робочим тілом, яке знаходиться в ньому, і всі інші можливі навантаження і забезпечує потрібне взаємне розміщення еле­ментів котла. На каркасі котла пе­редбачено площадки обслугову­вання і перехідні східці.

Котли класифікують залежно від виду відповідного тракту і його устаткування. За видом палива і від­повідного паливного тракту розрізняють котли для газоподібного, рідко­го і твердого палива.

За газоповітряним трактом розрізняють котли з природною, врівно­важеною тягою і з наддуванням. У котлі з природною тягою опір газово­го тракту долається під дією різниці густини (питомої маси) атмосферно­го повітря і газу в димовій трубі. Якщо опір газового тракту (так само, як і повітряного) долається за допомогою дуттьового вентилятора, то котел працює з наддуванням. У котлі з врівноваженою тягою тиск у топці і на початку газоходу (поверхня нагріву 15) підтримується близьким до атмо­сферного спільною роботою дуттьового вентилятора і димососа. Котли зазвичай виготовляють газощільними.

За видом пароводяного тракту розрізняють барабанні (рис. 4.6, а, б) і прямотечійні (рис. 4.6, в, г) котли. У всіх типах котлів через економайзер і перегрівник 6 вода і пара проходять одноразово. У барабанних котлах пароводяна суміш у випарних поверхнях нагріву 5 циркулює багаторазово (від барабана 2 по опускних трубах 3 до колектора 4 і до барабана 2). В котлах з примусовою циркуляцією (рис. 4.6, б) перед входом води у ви­парні поверхні 5 встановлюють додатковий насос 8. У прямотечійних котлах (рис. 4.6, в) робоче тіло по всіх поверхнях нагріву проходить од­норазово під дією напору, що створює живильний насос 7.

У прямотечійних котлах докр етичного тиску випарні екрани 5 розміщають у нижній частині топки, тому їх називають нижньою ра­діаційною частиною (НРЧ). Екрани 6, розміщені в середній і верхній частинах топки, переважно є перегрівальними. їх відповідно назива­ють середньою радіаційною частиною (СРЧ) і верхньою радіаційною частиною (ВРЧ).

Щоб підвищити швидкість руху води в деяких поверхнях нагріву (за­звичай НРЧ), у період запуску прямотечійного котла або під час роботи на знижених навантаженнях забезпечують примусову рециркуляцію води спеціальним насосом 8 (рис. 4.6, г). Це котли з рециркуляцією і комбіно­ваною цир ку ля цією.

Відповідно до фазового стану виведеного з топки шлаку розрізняють котли з твердим і рідким шлаковиведенням. У котлах з твердим шлакови — веденням шлак з топки виходить у твердому стані, а в котлах з рідким шлаковидаленням — у розплавленому.

Технологія одержання водяної пари для барабанних і прямотечійних котлів різна.

Рис. 4.6. Схеми пароводяного тракту котла: а — барабанного з природною циркуляцією; 0 — барабанного з примусовою циркуляцією; в — прямотечійного; г — прямотечійного з примусовою циркуляцією

Барабанні котли широко застосовують на ТЕС. Наявність одного або декількох барабанів з фіксованою границею поділу між парою і водою є характерною особливістю цих котлів. Живильна вода в них здебільшого після економайзера (див. рис. 4.6, а) подається до барабана 2, де змішу — ється з котловою водою (водою, що заповнює барабан і екрани). Суміш котлової і живильної води по опускних необігріваних трубах 3 з барабану надходить до нижнього розподільного колектора 4, а потім до екранів 5 (випарні поверхні). В екранах вода одержує теплоту від продуктів зго­рання палива і закипає. Пароводяна суміш, що при цьому утворюється, піднімається до барабана. Тут пара і вода розділяються. Пара по трубах, що з’єднуються з верхньою частиною барабана, направляється до пере­грівника 6, а вода знову подається в опускні труби 8.

Замкнену систему, що складається з барабана, опускних труб, колек­тора і випарних поверхонь, по якій багаторазово рухається робоче тіло, називають контур циркуляції, а рух води в ньому — циркуляція. Рухробо — чого середовища, зумовлений тільки різницею густини води в опускних трубах і пароводяній суміші в підйомних, називають природна циркуля­ція, а паровий котел — барабанний з природною циркуляцією. Природна циркуляція можлива лише в котлах з тиском пари, що не перевищує 18,5 МПа. Якщо тиск більший, то через малу різницю густини пароводя­ної суміші і води стійкий рух робочого середовища в циркуляційному контурі забезпечити важко. Якщо рух середовища в циркуляційному кон­турі створює насос 8 (рис. 4.6, б), то циркуляцію називають примусовою, а паровий котел — барабанним з примусовою циркуляцією. Примусова ци­ркуляція дозволяє виконувати екрани з труб меншого діаметра як з під­йомним, так і з опускним рухом середовища в них. До недоліків такої ци­ркуляції слід віднести потребу встановити спеціальні насоси (циркуля­ційні), що мають складну конструкцію і потребують додаткової витрати енергії на їх роботу.

У прямотечійних котлах барабана немає. Живильна вода в них, як і в барабанних котлах, послідовно проходить економайзер 1 (див. рис. 4.6, в), випарні 5 і перегрівальні 6 поверхні. Рух робочого середо­вища в поверхнях нагріву одноразовий, його створює живильний на­сос. З випарної поверхні виходить пара. Це дозволяє відмовитися від металоємного барабана. Надійне охолодження металу труб випарної поверхні забезпечує відповідні швидкості руху робочого середовища. У прямотечійних котлах немає чітких меж між економайзерною, випар — ною і пароперегрівальною поверхнями. Зміна параметрів живильної води (температура, тиск), характеристик палива, повітряного режиму змінює співвідношення площ цих поверхонь. Так, зі зниженням тиску в котлі зменшуються розміри економайзерної ділянки (зона підігріву), збільшується випарна зона (через зростання теплоти пароутворення) і дещо скорочується зона перегріву.

Прямотечійні котли порівняно з барабанними мають значно менший об’єм акумулювального робочого тіла. Тому для їх роботи потрібна чітка синхронізація подання води, палива і повітря. Вони можуть бути як до­критичного, так і понадкритичного тиску.

Комментарии запрещены.