Сведения о системах теплоснабжения и потребителях тепловой энергии, теплогенерирующая установка и ее элементы

Котельной установкой называют совокупность устройств и механизмов, предназначенных для производства водяного пара или при­готовления горячей воды. Водяной пар используют для привода в движе­ние паровых двигателей, для производственных нужд промышленности и сельского хозяйства и отопления помещений. Горячую воду предназна­чают для отопления производственных, общественных и жилых зданий, а также для коммунально-бытовых нужд населения. В подавляющем большинстве котельных установок пар или горячую воду получают путем использования тепла сжигаемого органического топлива. Однако в атомных установках пар и горячую воду получают, используя тепло ценной реакции распада ядер тяжелых элементов — урана или плутония.

По роду производимого теплоносителя различают установки с паровыми и водогрейными котлами.

Современная паровая котельная установка, принципиальная схема ко­торой показана на рис. 1, представляет собой сложное сооружение. Основ­ной частью ее является собственно паровой котел (А2), в котором осуществляется превращение воды в насыщенный пар. Однако в настоящее время собственно паровой котел с целью повышения экономичности котельной установки дополняется следующими элементами: пароперегревателем (А4), водяным экономайзером (А6) и воздухоподогревателем (А7). Пароперегреватель предназначается для повышения темпе­ратуры и энтальпии пара, полученного в котле, с целью повышения эконо­мичности всей паросиловой установки. В водяном экономайзере используют тепло дымовых газов, уходящих из котла, для подогрева воды, подаваемой в котел, а в воздухоподогревателе — для подо­грева воздуха, поступающего в его топку (А1), что существенно улучшает процесс горения топлива. Устанавливают либо только водяной экономайзер или воздухоподогреватель, либо тот и другой в совокупности; первое ре­шение осуществляют в котельных установках небольшой производитель­ности, а второе — в установках средней и большой производительности.

Собственно котел, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухо­подогреватель, а также топка, связанные в единое органическое целое, совместно с примыкающими к ним паро- и водопроводами, соединительными газо- и воздуховодами, арматурой образуют в целом котельный аг­регат. Котельный агрегат имеет каркас с лестницами и помостами для обслуживания и заключается в обмуровку. Металлические поверхности элементов котельного агрегата, которые с одной стороны соприкасаются с дымовыми газами, а с другой — с водой, паром или воздухом и, таким образом, служат для передачи тепла от дымо­вых газов к воде, пару и воздуху, называют поверхностями на­грева.

Современный котельный агрегат обслуживается рядом вспомога­тельных механизмов и устройств, которые могут быть ин­дивидуальными, когда они предназначены для обслуживания только одного агрегата, и групповыми, когда они обслуживают группу агрегатов. В последнее время термин котельный агрегат часто заменяют тер­мином парогенератор.

К вспомогательным механизмам и устройствам относят: дымососы и дутьевые вентиляторы, питательные и водоподготовительные установки, пылеприготовительные установки, топливоподачу, системы золоулавлива­ния и золоудаления — при сжигании твердого топлива, мазутное хозяйство— при сжигании жидкого топлива, газорегуляторную станцию — при сжига­нии газообразного топлива.

Дымососы (Б2) предназначаются для удаления дымовых газов из котельной установки, так как при наличии в котельном агрегате водяного экономайзера и воздухоподогревателя общее 1азовое сопротивление стано­вится настолько большим, что естественная тяга, создаваемая дымовой трубой (БЗ) даже очень большой высоты, становится недостаточной для его прео­доления.

Дутьевые вентиляторы (Б1) устанавливают для того, чтобы при подаче воздуха в топку преодолеть сопротивление горелок или слоя топлива на решетке, а также сопротивление воздухоподогревателя.

При сжигании твердого топлива образуются зола и шлак. Зола уносится из топки дымовыми газами в газоходы котельной установки, а из них че­рез дымовую трубу — в атмосферу, что приводит к загрязнению воздушного бассейна и окружающей территории. Кроме того, зола, проходя через ды­мососы, сильно изнашивает их, что приводит к необходимости частого ре­монта. Во избежание всего этого котельные установки, предназначенные для работы на твердом топливе, оснащают золоуловителем (В1), в котором дымовые газы очищаются от золы, унесенной из топки. Золоуло­витель устанавливается перед дымососами. Зола, уловленная в нем, уда­ляется через золоспускное устройство (ВЗ). Шлак из топки удаляется через шлакоспускные устройства (В2). Уловленная в золоуло­вителе зола, так же как и шлак, спущенный из топки, поступает в систему шлакозолоудаления (В4) для отвода в головой отвал.

Для подачи в котел воды, подлежащей испарению, служит пита­тельная установка. Основной частью ее являются питатель­ные насосы с электрическим (ДЗ) и паровым (Д2) приводами, развиваю­щие давление, необходимое для преодоления давления пара в котле и сопротивления всей системы питательных линий. Питательные насосы явля­ются ответственным элементом котельной установки, поэтому число, про­изводительность и вид привода питательных насосов, подлежащих установ­ке в котельных различного назначения, строго регламентированы. Другой частью питательной установки являются питательные баки (Д1), назначение которых — принять и хранить некоторое количество питатель­ной воды, с тем чтобы исключить опасность перерыва в питании котлов из-за ее отсутствия. В котельных установках электростанций предусматривается подогрев питательной воды отборным паром от турбин в подогрева­теля (Д4).

Природная вода содержит механические и коллоидальные примеси, рас­творенные соли и воздух. Некоторые соли выделяются из воды в процессе ее нагревания и испарения в котле и оседают на внутренних стенках поверх­ностей нагрева в виде плотной, трудно отделимой накипи, которая ухудшает передачу тепла через стенку и может вызвать разрушение ме­талла в результате его перегрева. Другие соли выпадают в объеме котло­вой воды в виде мелкодисперсных взвешенных частиц, что приводит к по­явлению в котле подвижного осадка, называемого шламом, который также может послужить причиной аварии котла. Поэтому воду, пред­назначенную для подачи в котел, приходится предварительно осветлять и умягчать, доводя содержание в ней солей, образующих накипь и шлам, до технически возможного минимума. Для этого сооружают специальную водоподготовительную установку, в которую входят устройства для осветления (ГЗ) и умягчения (Г4) воды. Исходная пода подается в водоподготовительную установку насосом (Г2) из бака (Г1).

Кислород растворенного в воде воздуха, попадая в котел, вступает в реакцию с металлом и вызывает коррозию (ржавление) его. Это приводит к необходимости освобождать питательную воду от растворенного в ней воздуха, что осуществляют в особом устройстве, называемом деа­эратором (Г5)

Оставшееся в умягченной питательной воде минимальное количество солей накапливается в котловой воде в процессе ее испарения и может при­вести к образованию накипи и шлама в котле. Поэтому в паровом котле для удаления проникших в него солей предусматривают особую продувоч­ную систему, в которую входят сепаратор непрерывной про­дувки (Е1), продувочные линии и барботер (Е2) для приема продувочной воды.

Пар, образующийся в паровом котле, выносит капельки влаги, в ко­торых содержится некоторое количество растворенных солей. Попадая в пароперегреватель, эти капли влаги испаряются, а содержащиеся в них соли оседают на внутренних стенках его труб, что может привести к их пе­режогу. Эти соли попадают также в паровую турбину (если котел установ­лен на электростанции), где они оседают во входном клапане турбины и на ее лопатках, нарушая нормальную работу турбины. В связи с этим в паро­вых котлах устанавливают сепарационные устройства (АЗ), предназначенные для отделения капель влаги от пара, выходящего из котла.

Во многих элементах котельной установки (паропроводы, теплооб­менники и т. п.) в результате теплоотдачи происходит охлаждение пара с образованием конденсата. В связи с этим возникает необходимость созда­ния дренажной системы для удаления этого конденсата, который собирают в дренажный (конденсатный) бак (Ж1), конденсатными насосами (Ж2) конденсат возвращается в деаэра­тор и питательный бак.

Тепловые, гидродинамические и аэродинамические процессы, протекаю­щие в котельной установке, необходимо регулировать и контролировать. В связи с этим ее оснащают регулирующими устройствами, такими, как например, регулятор температуры перегретого пара (Д5), запорными регу­лирующими и предохранительными органами, а также контрольно-измерительными приборами. Наряду с этим в котельных установках осущест­вляют комплексную автоматизацию регулирования всех основных происхо­дящих в них процессов. Автоматика обеспечивает более точное и быстрое регулирование процессов, происходящих в котельной установке, по сравне­нию с ручным регулированием, и приводит к повышению ее экономичности. Котельные установки, расположенные в одном здании или на общей площадке (при открытом размещении их), в совокупности со всем комплек­сом вспомогательных механизмов и устройств называют котельной.

В соответствии с назначением и родом производимого теплоносителя раз­личают энергетические, производственные, отопительные и производствен­но-отопительные котельные, а также котельные с паровыми и водогрей­ными котлами.

Лекция 2