Тепловые котельные

Котельная установка - это комплекс устройств и агрегатов, обеспечивающих получение горячей воды и водяного пара под давлением и их подачу к потребителям.

Котельная установка состоит из котла и вспомогательного оборудования.

Котел – это устройство для получения горячей воды или водяного пара ,за счет теплоты сгорания органического топлива

Котлы классифицируются

1)По теплоносителю на паровые и водогрейные

2)По назначению отопительные, промышленные и энергетические

3)по теплопроизводимости и ряду других причин

В качестве топлива используется любой вид органического топлива.

Схема котельной установки

1-Горелка

2-топочная камера

3- теплоизоляция топочн камеры

4-топочный экран

5- ширмовой пароперегреватель

6-конвективный пароперегреватель

7-экономайзер

8-воздухоподогреватель

9-горизонтальный газоход

10-конвективная шахта

11-дутьевой вентилятор

12-дымосос

13-дымовая труба

В горелку котла подается топливо и подогретый воздух. Подаваемая вода, питательная. Сначала подогревается в экономайзере до кипения и поступает в топочный экран, где происходит процесс парообразования. Сухой насыщенный пар после топочного экрана направляется в парогенератор, где нагревается до определенной температуры. Перегретый пар направляется к потребителям , продукты пройду через экономайзер выбрасываются через паровую трубу.

Паровой котел состоит из:

-топочной камеры

-горизонтального газохода

-конвективной шахты

В топочной камере происходит сжигание топлива которое происходит до 1500 -1600 по Цельсию, поэтому стены топочной камеры покрыты теплоизолированным материалом. Тепло от продуктов сгорания в топочной камере передается теплоносителю через топочный экран (ТЭ). Он предоставляет собой систему труб уложенных по всему периметру Т камеры и внутри которой циркулирует теплоноситель. Тепло от продуктов сгорания передается преимущественно излучением, поэтому данная поверхность нагрева называется радиационной.(радиационная поверхность) Частично охлажденные газы попадают в горизонтальный газоход, где расположен ширмовой и конвективный пароперегреватель называют полурадиоционный, поскольку воспринимаемая теплота излучения и теплопередачей в конвективно-передача тепла осуществляется в ион-вект. Шахту предназначенную для утилизации остатков тепла дым газов с целью повышения КПД котла.

В Верхней части конвктивной шахты установлен экономайзер,предназначенный для нагрева до температуры кипения. Дымовые газы отдают тепло воздухонагр и с температурой 100 -120 цельсия выбрасываются в среду через дымовую трубу.

Схемы получения пара в котлах

В основу работы парового котла положен принцип непрерывного отвода теплоты, выделившейся при сгорании топлива в топке, к теплоносителю. Передача теплоты от продуктов сгорании топлива к теплоносителю происходит в системе теплообменников трубчатой конструкции. называемых поверхностями нагрева.(поверхность нагрева)

Для непрерывного отвода теплоты необходимо организовать постоянное движение теплоносителя. Как правило, теплоноситель движется внутри трубок, а продукты сгорания омывают трубки теплообменников снаружи. В зависимости от способа организации движения теплоносителя паровые котлы подразделяются на прямоточные, с естественной и принудительной циркуляцией.

Процесс получения перегретого пара состоит из трех этапов:

1) подогрева питательной воды до температуры кипения;

2) образования насыщенного пара из воды;

3) перегрева сухого насыщенного пара до необходимой температуры.

Подогрев воды до температуры кипения происходит в теплообменнике, который называется экономайзером(экономайзер) 2 . кипение воды и образование пара - в испарительной поверхности нагрева (в парообразующих трубах б), а перегрев пара - в пароперегревателе 7. Движение теплоносителя в экономайзере и пароперегревателе в паровых котлах всех конструкций организуют одинаково: через экономайзер 2 вода перекачивается насосом 1. называемым питательным, а движение пара через пароперегреватель 7 осуществляется за счет разности давлений пара в котле и у потребителя.

В зависимости от способа организации движения теплоносителя по испарительной поверхности нагрева, котлы делят на 3 типа: 1)С естественной циркуляцией 2)с принудительной 3)прямоточный

С хема котла с естественной циркуляцией

1. питательный насос

2. водоподогреватель

3. барабан котла

4. необогреваемые трубы

5. коллектор

6. обогреваемые трубы

7. пароперегреватель

Котел с естественной циркуляцией состоит из системы обогреваемых 6 и необогреваемых 4 труб, объединенных вверху барабаном 3, а внизу коллектором 5, представляющих собой замкнутый контур, который принято называть циркуляционным. Этот контур заполнен до уровня, расположенного на 15-20 см ниже диаметральной плоскости барабана котла, водой, которую называют котловой. Объем барабана, заполненного водой, называют водяным, а занятый паром - паровым. Поверхность, разделяющую водяной и паровой объемы, называют зеркалом испарения.(зеркало испарения)При подводе теплоты к обогреваемым трубам вода в них закипает, и они заполняются пароводяной смесью, имеющей плотность р_см Необогреваемые трубы всегда заполнены некипящей водой с плотностью р_в . Нижняя точка контура подвержена со стороны необогреваемых труб давлению столба жидкости Н р_в, а со стороны обогреваемых труб - давлению пароводяной смеси Н р_см (Н - высота контура). Вследствие того, что р_в > р_см в циркуляционном контуре возникает разность давлений ΔР_ДВ = Н(р_в - р_см )- которая вызывает движение воды в нем и называется движущим напором естественной циркуляции.(движущий напор)

Пароводяная смесь, попадающая в барабан из обогреваемых труб, разделяется в барабане на пар и воду, неиспарившаяся часть воды остается в водяном объеме, испарившаяся часть воды (сухой насыщенный пар) за счет того, что он более легкий, чем вода, соответственно поднимается в паровой объем барабана откуда и поступает в пароперегреватель и потом к потребителю.

Схема парового котла с принудительной циркуляцией

1. питательный насос

2. в одоподогреватель

3. барабан котла

4. необогреваемые трубы

5. коллектор

6. обогреваемые трубы

7. пароперегреватель

8. циркуляционный насос

В паровых котлах с принудительной циркуляцией движение воды организованно принудительно, с помощью принудительного насоса, этим увеличивают производимость котлов.

Характерной особенностью котлов с естественной и принудительной циркуляцией является наличие барабана (или нескольких барабанов). в котором происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду. Такие котлы называются барабанными. Однако при давлении, равном критическому и выше его. разделение на пар и воду невозможно, поэтому котлы с барабанами могут работать при давлении меньше критического. Обычно давление, при котором работают барабанные котлы, не превышает 14 МПа.

Для получения пара большого давления применяют прямоточные котлы.

С хема прямоточного котла

1. питательный насос

2. водоподогреватель

3. барабан котла

4. необогреваемые трубы

5. коллектор

6. обогреваемые трубы

7. пароперегреватель

Пароводяной тракт прямоточного котла не имеет циркуляционного контура и барабана. Теплоноситель проходит через все поверхности нагрева однократно. Данные котлы более сложны в эксплуатации и поэтому применяются только при необходимости получения пара большого давления.

Тепловой баланс и КПД котла

Располагаемая теплота- количество теплоты, которое может выделиться в котле при сжигании единицы топлива Qp

Обычно Qp=Qн низшая теплота сгорания топлива .Но при этом не вся теплота перейдет к теплоносителю.

Количество теплоты, которое воспринимается в котле теплоносителем –это полезно используемая теплота =Q1=G(h2-h1)/B

В-расход топлива

G- расход теплоносителя,h1,h1 энтальпия теплоносителя на вх и выходе котла

Уравнение теплового баланса котла имеет вид

КПД котла

Система водоподготовки котельных установок

Примеси, содержащиеся в сырой воде делятся на 3 типа:

1. Механически взвешенные частицы

2. Растворенные примеси

3. Растворенные газы

Механическая примесь- нерастворимые, могут оседать внутри котла и привести к загрязнению котла.

Растворенные вещества-(некоторые)выпадают при нагреве в виде накипи. Накипь возникает из за наличия в воде солей-жесткости, которые плохо растворимы в воде.

Так же содержание кислорода(в растворенных газах) которые вызывают коррозию металлической поверхности котлов.

Водоподготовка - процесс освобождения от примесей ,прошедшая подготовку вода называется питательная.

Процесс водоподготовки- 3 стадии

1. Осветление

2. Умягчение

3. Деаэрация

Осветление - удаление механических примесей, осуществляется путем отстаивания или фильтрацией.

Умягчение - удаление из воды солей жесткости ,осуществляется пропусканием воды через фильтры с химическим реагентом, который вступает в реакцию с солью и снижает ее концентрацию.

Деаэрация – удаление из воды растворенных газов специальным устройствами.

Необходимость разработки новых способов преобразования энергии

Основными направлениями разработок в области повышения эффективности производства энергии является:

1. Освоение, использование неисчерпаемых видов энергоресурсов

2. Разработка прямых способов преобразования энергоресурсов в электрическую и тепловую энергию

Схема современного преобразования энергии топлива в электроэнергию на тепловой электростанции

На каждом этапе преобразования возникают потери энергии, уменьшающие кпд

Схема прямого преобразования энергии топлива в электроэнергию