1. Теоретическая часть

Котельная установка представляет собой комплекс устройств, предназначенных для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию горячей воды или пара требуемых параметров.

В зависимости от назначения различают следующие типы котельных установок:

• энергетические, вырабатывающие пар для паротурбогенераторов;

• производственно-отопительные, вырабатывающие пар и нагревающие воду для удовлетворения технологических потребностей производства, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения;

• отопительные, вырабатывающие теплоту для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, а также для промышленных и коммунальных предприятий;

• смешанного назначения, вырабатывающие пар для снабжения одновременно паровых двигателей, технологических нужд, отопительно-вентиляционных установок и горячего водоснабжения.

Котельные установки по виду вырабатываемого теплоносителя разделяют на три основных класса: паровые котельные установки для производства водяного пара, водогрейные котельные установки для получения горячей воды и смешанные котельные установки, оборудованные паровыми и водогрейными котлами, используемыми для получения пара и горячей воды одновременно или попеременно.

Котельная установка состоит из котельного агрегата и вспомогательного оборудования.

В состав котельного агрегата входят топочное устройство, паровой котел, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, каркас с лестницами и помостами для обслуживания, обмуровка, тепловая изоляция, обшивка, арматура, гарнитура и газоходы. К вспомогательному оборудованию относятся дутьевые вентиляторы, дымососы, питательные, подпиточные и циркуляционные насосы, водоподготовительные установки, системы топливоподачи, золоулавливания и шлакозолоудаления. При сжигании газообразного топлива к вспомогательному оборудованию относится газорегуляторный пункт или газорегуляторная установка.

Для организации процесса горения котлоагрегаты оснащаются тягодутьевыми устройствами: дутьевыми вентиляторами, подающими воздух в топку, дымососами для удаления из котла дымовых газов, а также дымовой трубой, устанавливаемой, как правило, общей для всех котлоагрегатов. Современные котлоагрегаты имеют индивидуальные ды мососы и дутьевые вентиляторы. Для подбора тягодутьевых устройств необходимо выполнить аэродинамический расчет котлоагрегата.

Целью аэродинамического расчета котельной установки (расчет тяги и дутья) является выбор необходимых тягодутьевых машин на основе определения производительности тяговой и дутьевой систем и перепада полных давлений в газовом и воздушном трактах. Кроме того, в ходе расчета проводится оптимизация элементов и участков газовоздушного тракта, обеспечивающая минимальные расчетные затраты, а также определяются расчетные данные для конструирования газовоздухопроводов.

Газовоздушный тракт включает в себя воздухопроводы холодного и горячего воздуха, калориферы для подогрева воздуха перед воздухоподогревателем, запорные и регулирующие органы, тягодутьевые машины, элементы собственно парогенератора, золоуловители, газопроводы и дымовые трубы.

В котлах с уравновешенной тягой раздельно рассчитываются перепады давлений в воздушном тракте, от места забора воздуха из окружающей атмосферы до выхода воздуха в топку, и в газовом тракте, от топки до выхода газов из дымовой трубы. Основная часть воздушного тракта, от вентилятора до выхода в топку, находится под давлением, а газовый тракт в основном, за исключением иногда части участка между дымососом и дымовой трубой — при разрежении. Нулевое давление, близкое к атмосферному, поддерживается в топке.

Рассмотрим некоторые устройства входящие в состав котлоагрегата.

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

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 котёл, а в воздухоподогревателе – для подогрева воздуха, поступающего в его топку, 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.

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

При сжигании твёрдого 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 твёрдом топливе, оснащают золоуловителем, в котором дымовые газы очищаются от золы, унесённой из топки. Золоуловитель устанавливается перед дымососами. Зола, уловленная в нём, удаляется через золоспускное устройство. Шлак из топки удаляется через шлакоспускные устройства. Уловленная в золоуловителе зола, также как и шлак, спущенный из топки, поступает в систему шлакозолоудаления для отвода в золовой отвал.

Для подачи в котёл воды, подлежащей испарению, служит питательная установка. Основой частью её являются питательные насосы с электрическим и паровым 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, назначение которых – принять и хранить некоторое количество питательной воды, с тем чтобы исключить опасность перерыва в питании котлов из-за её отсутствия. В котельных установках электростанций предусматривается подогрев питательной воды отборным паром от турбин в подогревателях.

Природная вода содержит механические и коллоидальные примеси, растворённые соли и воздух. Некоторые соли выделяются из воды в процессе её нагревания и испарения в котле и оседают на внутренних стенках поверхностей нагрева в виде плотной, трудноотделимой накипи, которая ухудшает передачу тепла через стенку и может вызвать разрушение металла в результате его перегрева. Другие соли выпадают в объёме 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 котёл, приходится предварительно осветлять и умягчать, доводя содержание в ней солей, образующих накипь и шлам, до технически возможного минимума. Для этого сооружают специальную водоподготови тельную установку, в которую входят устройства для осветления и умягчения воды. Исходная вода подаётся в водоподготовительную установку насосом из бака.

Кислород растворённого в воде воздуха, попадая в котёл, вступает в реакцию с металлом и вызывает его коррозию. Это приводит к необходимости освобождать питательную воду от растворённого в ней воздуха, что осуществляют в особом устройстве, называемом деаэратором.

Оставшееся в умягчённой воде минимальное количество солей накапливается в котловой воде в процессе её 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, продувочные линии и барботер для приёма продувочной воды.

Пар, образующийся в паровом котле, выносит капельки влаги, в которых содержится некоторое количество растворённых 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, где они оседают во входном клапане турбины и на её лопатках, нарушая нормальную работу турбины. В связи с этим в паровых котлах устанавливают сепарационные устройства, предназначенные для отделения капель влаги от пара, выходящего из котла.

Во многих элементах котельной установки 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; конденсатными насосами конденсат возвращается в деаэратор и питательный бак.