Особенности устройства котла отопления. Принцип работы парового котла

Котельная установка (котельная) - это сооружение, в котором осуществляется нагрев рабочей жидкости (теплоносителя) (как правило - воды) для системы отопления или пароснабжения, расположенное в одном техническом помещении. Котельные соединяются с потребителями при помощи теплотрассы и/или паропроводов. Основным устройством котельной является паровой, жаротрубный и/или водогрейный котлы. Котельные используются при централизованном тепло- и пароснабжении или при местном теплоснабжении зданий.

Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Ее основные элементы - котел, топочное устройство (топка), питательные и тягодутьевые устройства. В общем случае котельная установка представляет собой совокупность котла (котлов) и оборудования, включающего следующие устройства: подачи и сжигания топлива; очистки, химической подготовки и деаэрации воды; теплообменные аппараты различного назначения; насосы исходной (сырой) воды, сетевые или циркуляционные - для циркуляции воды в системе теплоснабжения, подпиточные - для возмещения воды, расходуемой у потребителя и утечек в сетях, питательные для подачи воды в паровые котлы, рециркуляционные (подмешивающие); баки питательные, конденсационные, баки-аккумуляторы горячей воды; дутьевые вентиляторы и воздушный тракт; дымососы, газовый тракт и дымовую трубу; устройства вентиляции; системы автоматического регулирования и безопасности сжигания топлива; тепловой щит или пульт управления.

Котел - это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов горения топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до требуемой температуры.

Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в тепло нагретых газов.

Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.

Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают теплоту воде.

Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

В зависимости от использования их теплоты котельные делятся на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.

Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс электрической станции. Отопительно-производственные котельные бывают на промышленных предприятиях и обеспечивают теплотой системы отопления и вентиляции, горячего водоснабжения зданий и технологические процессы производства. Отопительные котельные решают те же задачи, но обслуживают жилые и общественные здания. Они делятся на отдельно стоящие, сблокированные, т.е. примыкающие к другим зданиям, и встроенные в здания. В последнее время все чаще строят отдельно стоящие укрупненные котельные с расчетом на обслуживание группы зданий, жилого квартала, микрорайона.

Устройство встроенных в жилые и общественные здания котельных в настоящее время допускается только при соответствующем обосновании и согласовании с органами санитарного надзора.

Котельные малой мощности (индивидуальные и небольшие групповые) обычно состоят из котлов, циркуляционных и подпиточных насосов и тягодутьевых устройств. В зависимости от этого оборудования в основном определяются размеры помещений котельной.

2. Классификация котельных установок

Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду получаемого теплоносителя их делят на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).

Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.

Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления производственных и жилых помещений.

В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные бывают местные (индивидуальные), групповые и районные.

Местные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более 115 °С или паровыми котлами с рабочим давлением до 70 кПа. Такие котельные предназначены для снабжения теплотой одного или нескольких зданий.

Групповые котельные установки обеспечивают теплотой группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Их оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специально сооруженных отдельных зданиях.

Районные отопительные котельные служат для теплоснабжения крупных жилых массивов: их оборудуют сравнительно мощными водогрейными или паровыми котлами.

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 3.

Рис. 4.

Отдельные элементы принципиальной схемы котельной установки принято условно показать в виде прямоугольников, кружков и т.п. и соединять их между собой линиями (сплошными, пунктирными), обозначающими трубопровод, паропроводы и т. п. В принципиальных схемах паровых и водогрейных котельных установок имеются существенные различия. Паровая котельная установка (рис. 4, а) из двух паровых котлов 1, оборудованных индивидуальными водяными 4 и воздушными 5 экономайзерами, включает групповой золоуловитель 11, к которому дымовые газы подходят по сборному борову 12. Для отсоса дымовых газов на участке между золоуловителем 11 и дымовой трубой 9 установлены дымососы 7 с электродвигателями 8. Для работы котельной без дымососов установлены шиберы (заслонки) 10.

Пар от котлов по отдельным паропроводам 19 поступает в общий паропровод 18 и по нему к потребителю 17. Отдав теплоту, пар конденсируется и по конденсатопроводу 16 возвращается в котельную в сборный конденсационный бак 14. Через трубопровод 15 в конденсационный бак подается добавочная вода из водопровода или химводоочистки (для компенсации объема, не вернувшегося от потребителей).

В случае, когда часть конденсата теряется у потребителя, из конденсационного бака смесь конденсата и добавочной воды подается насосами 13 по питательному трубопроводу 2 сначала в экономайзер 4, а затем в котел 1. Воздух, необходимый для горения, засасывается центробежными дутьевыми вентиляторами 6 частично из помещения котельной, частично снаружи и по воздуховодам 3 подается сначала к воздухоподогревателям 5, а затем к топкам котлов.

Водогрейная котельная установка (рис. 4, б) состоит из двух водогрейных котлов 1, одного группового водяного экономайзера 5, обслуживающего оба котла. Дымовые газы по выходе из экономайзера по общему сборному борову 3 поступают непосредственно в дымовую трубу 4. Вода, нагретая в котлах, поступает в общий трубопровод 8, откуда подается к потребителю 7. Отдав теплоту, охлажденная вода по обратному трубопроводу 2 направляется сначала в экономайзер 5, а затем опять в котлы. Вода по замкнутому контуру (котел, потребитель, экономайзер, котел) перемещается циркуляционными насосами 6.

Рис. 5. : 1 - циркуляционный насос; 2 - топка; 3 - пароперегреватель; 4 - верхний барабан; 5 - водоподогреватель; 6 - воздухоподогреватель; 7 - дымовая труба; 8 - центробежный вентилятор (дымосос); 9 - вентилятор для подачи воздух в воздухоподогреватель

На рис. 6 представлена схема котельного агрегата с паровым котлом, имеющим верхний барабан 12. В нижней части котла расположена топка 3. Для сжигания жидкого или газообразного топлива используют форсунки или горелки 4, через которые топливо вместе с воздухом подается в топку. Котел ограничен кирпичными стенами -обмуровкой 7.

При сжигании топлива выделяющаяся теплота нагревает воду до кипения в трубных экранах 2, установленных на внутренней поверхности топки 3, и обеспечивает ее превращение в водяной пар.

Рис 6.

Дымовые газы из топки поступают в газоходы котла, образуемые обмуровкой и специальными перегородками, установленными в пучках труб. При движении газы омывают пучки труб котла и пароперегревателя 11, проходят через экономайзер 5 и воздухоподогреватель 6, где они также охлаждаются вследствие передачи теплоты воде, поступающей в котел, и воздуху, подаваемому в топку. Затем значительно охлажденные дымовые газы при помощи дымососа 17 удаляются через дымовую трубу 19 в атмосферу. Дымовые газы от котла могут отводиться и без дымососа под действием естественной тяги, создаваемой дымовой трубой.

Вода из источника водоснабжения по питательному трубопроводу подается насосом 16 в водяной экономайзер 5, откуда после подогрева поступает в верхний барабан котла 12. Заполнение барабана котла водой контролируется по водоуказательному стеклу, установленному на барабане. При этом вода испаряется, а образующийся пар собирается в верхней части верхнего барабана 12. Затем пар поступает в пароперегреватель 11, где за счет теплоты дымовых газов он полностью подсушивается, и температура его повышается.

Из пароперегревателя 11 пар поступает в главный паропровод 13 и оттуда к потребителю, а после использования конденсируется и в виде горячей воды (конденсата) возвращается обратно в котельную.

Потери конденсата у потребителя восполняются водой из водопровода или из других источников водоснабжения. Перед подачей в котел воду подвергают соответствующей обработке.

Воздух, необходимый для горения топлива, забирается, как правило, вверху помещения котельной и подается вентилятором 18 в воздухоподогреватель 6, где он подогревается и затем направляется в топку. В котельных небольшой мощности воздухоподогреватели обычно отсутствуют, и холодный воздух в топку подается или вентилятором, или за счет разрежения в топке, создаваемого дымовой трубой. Котельные установки оборудуют водоподготовительными устройствами (на схеме не показаны), контрольно-измерительными приборами и соответствующими средствами автоматизации, что обеспечивает их бесперебойную и надежную эксплуатацию.

Рис. 7.

Для правильного монтажа всех элементов котельной используют монтажную схему, пример которой показан на рис. 9.

Рис. 9.

Водогрейные котельные установки предназначены для получения горячей воды, используемой для отопления, горячего водоснабжения и других целей.

Для обеспечения нормальной эксплуатации котельные с водогрейными котлами оборудуют необходимой арматурой, контрольно-измерительными приборами и средствами автоматизации.

Водогрейная котельная имеет один теплоноситель - воду в отличие от паровой котельной, у которой два теплоносителя - вода и пар. В связи с этим в паровой котельной необходимо иметь отдельные трубопроводы для пара и воды, а также баки для сбора конденсата. Однако это не значит, что схемы водогрейных котельных проще паровых. Водогрейная и паровая котельные по сложности устройства бывают различными в зависимости от вида используемого топлива, конструкции котлов, топок и т. п. В состав как паровой, так и водогрейной котельной установки обычно входят несколько котлоагрегатов, но не менее двух и не более четырех-пяти. Все они связываются между собой общими коммуникациями - трубопроводами, газопроводами и др.

Устройство котлов меньшей мощности показано ниже в пункте 4 данной темы. Чтобы лучше понять устройство и принципы действия котлов разной мощности, желательно сравнить устройство этих менее мощных котлов с устройством описанных выше котлов большей мощности, и найти в них основные элементы, выполняющие такие же функции, а также понять основные причины различий в конструкциях.

3. Классификация котельных агрегатов

Котлы как технические устройства для производства пара или горячей воды отличаются многообразием конструктивных форм, принципов действия, используемых видов топлива и производственных показателей. Но по способу организации движения воды и пароводяной смеси все котлы могут быть разделены на следующие две группы:

Котлы с естественной циркуляцией;

Котлы с принудительным движением теплоносителя (воды, пароводяной смеси).

В современных отопительных и отопительно-производственных котельных для производства пара используются в основном котлы с естественной циркуляцией, а для производства горячей воды - котлы с принудительным движением теплоносителя, работающие по прямоточному принципу.

Современные паровые котлы с естественной циркуляцией делают из вертикальных труб, расположенных между двумя коллекторами (верхним и нижним барабанами). Их устройство показано на чертеже на рис. 10, фотография верхнего и нижнего барабана с соединяющими их трубами - на рис. 11, а размещение в котельной - на рис. 12. Одна часть труб, называемых обогреваемыми «подъемными трубами», нагревается факелом и продуктами сгорания топлива, а другая, обычно не обогреваемая часть труб, находится вне котельного агрегата и носит название «опускные трубы». В обогреваемых подъемных трубах вода нагревается до кипения, частично испаряется и в виде пароводяной смеси поступает в барабан котла, где происходит ее разделение на пар и воду. По опускным не обогреваемым трубам вода из верхнего барабана поступает в нижний коллектор (барабан).

Движение теплоносителя в котлах с естественной циркуляцией осуществляется за счет движущего напора, создаваемого разностью весов столба воды в опускных и столба пароводяной смеси в подъемных трубах.

Рис. 10.

Рис. 11.

Рис. 12.

В паровых котлах с многократной принудительной циркуляцией поверхности нагрева выполняются в виде змеевиков, образующих циркуляционные контуры. Движение воды и пароводяной смеси в таких контурах осуществляется с помощью циркуляционного насоса.

В прямоточных паровых котлах кратность циркуляции составляет единицу, т.е. питательная вода, нагреваясь, последовательно превращается в пароводяную смесь, насыщенный и перегретый пар.

В водогрейных котлах вода при движении по контуру циркуляции нагревается за один оборот от начальной до конечной температуры.

По виду теплоносителя котлы разделяются па водогрейные и паровые. Основными показателями водогрейного котла являются тепловая мощность, то есть теплопроизводительность, и температура воды; основными показателями парового котла - паропроизводительность, давление и температура.

Водогрейные котлы, назначением которых является получение горячей воды заданных параметров, применяют для теплоснабжения систем отопления и вентиляции, бытовых и технологических потребителей. Водогрейные котлы, работающие обычно по прямоточному принципу с постоянным расходом воды, устанавливают не только на ТЭЦ, но и в районных отопительных, а также отопительно-производственных котельных в качестве основного источника теплоснабжения.

Рис. 13.

Рис. 14.

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы (парогенераторы) могут быть разделены на две группы: водотрубные котлы и жаротрубные котлы. В водотрубных парогенераторах внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В жаротрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а вода омывает трубы снаружи.

По принципу движения воды и пароводяной смеси парогенераторы подразделяются на агрегаты с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией. Последние подразделяются на прямоточные и с многократно-принудительной циркуляцией.

Примеры размещения в котельных котлов разной мощности и назначения, а также другого оборудования, показаны на рис. 14- 16.

Рис. 15.

Рис. 16. Примеры размещения бытовых котлов и другого оборудования

Цилиндрическая часть котла является продолжением топки и состоит из нескольких (обычно из трех) склепанных или сваренных между собой стальных барабанов. В ней размещают дымогарные и жаровые трубы. Материалом для барабанов служит котельная сталь. Толщина листов до 20 мм. Соединяются барабаны между собой несколькими способами:

а) ступенчатым, причем диаметр среднего барабана меньше диаметров двух крайних;

б) телескопическим, когда барабаны последовательно вставлены один в другой;

в) сварным — барабаны имеют один диаметр и приставляются встык один к другому (рис. 14).

В передней части цилиндрической части установлена передняя трубная решетка, которая предназначена для укрепления в ней передних концов дымогарных и жаровых труб. На современных паровозах передняя трубная решетка представляет собой диск, который вырезан из котельного железа. Передняя решетка крепится в барабане заклепочным или сварным швом (рис. 15).

На втором барабане установлен паровой колпак. Горячие газы из огневой коробки по трубам протекают в дымовую камеру, отдавая при этом часть своего тепла воде, которая омывает трубы снаружи, и пару, протекающему по элементам пароперегревателя.

Пар, который образовался в котле, поднимается в верхнее не заполненное водой паровое пространство и паровой колпак. Высота парового пространства составляет 1/5 —1/7 диаметра котла. Чем больше паровое пространство, тем равномернее происходит процесс отбора пара из котла и спокойнее парообразование, следовательно, суше отбираемый пар.

Теплопередача в цилиндрической части котла менее интенсивна, чем в огневой коробке. Это связано с тем, что разность температур газов в топке и воды в котле выше, чем в трубчатой части. В топке тепло передается лучеиспусканием, а в трубчатой части за счет конвекции, т. е. соприкосновения горячих газов со стенками труб.

Дымогарные (рис. 16) и жаровые трубы служат для отвода продуктов сгорания из топки паровоза и одновременно образуют поверхность нагрева котла. Жаровые трубы служат также для размещения в них элементов пароперегревателя. Дымогарные и жаровые трубы изготовляют цельнотянутыми, бесшовными из малоуглеродистой стали. Для укрепления труб в решетках котла сверлят цилиндрические отверстия. При этом в передних решетках диаметры отверстий делают на 3—4 мм больше наружного диаметра труб, чем облегчается постановка и удаление труб во время ремонта. В задних же трубных решетках отверстия для труб делают меньше их наружного диаметра: у дымогарных—на 9—11 мм, а у жаровых — на 9—20 мм.

Перед постановкой труб в котел передние концы их раздают, а задние обжимают до размеров отверстий в трубных решетках. Обжатие задних концов труб улучшает циркуляцию воды у поверхности задней трубной решетки и позволяет лучше очищать ее от накипи при промывках котла. Раздача и обжатие отверстий для дымогарных и жаровых труб в передней и задней трубных решетках производятся с таким расчетом, чтобы трубы в котле расходились веером в сторону передней решетки вверх и в стороны от вертикальной оси. Это необходимо для того, чтобы обеспечить более свободное размещение труб в котле и улучшить выход газов из огневой коробки. Кроме того, из-за большего диаметра труб в передней части для их расположения требуется больше места.

Перед постановкой в котел дымогарные и жаровые трубы со стороны задней решетки обжимают двухступенчатым способом, а со стороны передней решетки раздают. Подробно о приемах обжатия, раздачи и применяемых инструментах будет сказано в разделе о ремонте паровозного котла.

Для лучшего укрепления концов дымогарных и жаровых труб в отверстия задней решетки ставят медные прокладные кольца и развальцовывают их, потом в отверстия вводят концы труб, которые также развальцовывают (рис. 17).

Затем концы труб, выходящие из решетки, отгибают на 45° и отбортовывают. Далее борты труб приваривают к решетке (рис. 18), когда котел наполнен подогретой до t = 40-60° С водой.

В передней решетке трубы устанавливают без медных прокладных колец, не отбортовывают и не обваривают; выступающие передние концы дымогарных и жаровых труб развальцовывают и отгибают на конце.

Дымогарные трубы на большинстве современных паровозов располагают в шахматном порядке по вершинам ромба вертикальными рядами, кроме того, их размещают между рядами жаровых труб и по краям решетки.

Паровой колпак (рис. 19) представляет собой резервуар, который является наивысшей точкой парового пространства, служит сборником наиболее сухого пара и установлен на втором барабане цилиндрической части котла. Из парового колпака пар отбирается в паровую машину. На паровозах Эм, паровой колпак изготовлялся клепаным, на паровозах, Э р изготовлен штампованным на прессе из цельного листа котельной стали толщиной от 15 до 20 мм. Сверху паровой колпак закрывают крышкой, которая ставится на медном прокладном кольце и укрепляется с помощью шпилек и гаек.

В целях уменьшения потерь от внешнего охлаждения паровозный котел, за исключением дымовой коробки, покрыт слоем теплоизоляции. Для изоляции паровозного котла применяют асбест, диатомит и известь, которые обладают низкой теплотворной способностью. Теплоизоляционный материал делают в виде плит толщиной от 40 до 60 мм. Крепят плиты к котлу с помощью проволочного каркаса, а зазоры между решетками заделывают вулкани-товой обмазкой.

Перед покрытием изоляционным материалом поверхность котла окрашивают. На наружную поверхность топки сначала наносят асбестовую подмазку, а затем кладут вулканитовые асбоцементные плиты. В местах, где нельзя уложить плиты, накладывают слой изоляционной обмазки при давлении пара в котле 0,2— 0,3 МПа.

Поверх изоляционного слоя паровозный котел покрывается обшивкой из листового железа толщиной до 1,5 мм. Обшивка котла защищает изоляционный слой от повреждения. Крепят обшивку стойками, приваренными к стенкам котла, а затем поясами из полосового железа и винтами.

Дымовая коробка (рис. 20) предназначена для размещения в ней конуса, паровпускных и паровыпускных труб, искрогасительтелных приборов, коллектора, пароперегревателя и сифона, а также является камерой, где образуется разрежение, необходимое для создания притока воздуха к колосниковой решетке и для интенсивного сгорания топлива.

Размеры дымовой коробки должны быть достаточными для размещения указанных элементов и, кроме того, оставался бы необходимый свободный объем для прохода газов и создания равномерной тяги.

Дымовая коробка —это сварная или клепаная конструкция и состоит из двух листов: верхнего толщиной 13 мм и нижнего толщиной 17 мм, образующих цилиндрический барабан. Нижняя часть дымовой коробки изготовлена из более толстых листов для придания опорной части котла прочности и жесткости. Для предупреждения коробления и прогорания нижнего листа дымовой коробки от скопления внизу ее изгари к нему приклепывается или приваривается предохранительный лист толщиной до 20 мм.

Спереди дымовая коробка закрыта фронтонным листом или передней стенкой, в которой имеется дверца диаметром до 1500 мм для производства текущего ремонта и осмотра размещенного в нем оборудования.

Для очистки дымовой коробки от изгари внизу устроена мусороочистительная труба 16 диаметром 180 мм с задвижкой, заключенной между фланцами трубы.

Дымовая коробка паровозов Л, Е а,м, Э р оборудована самоочищающимся искрогасительным устройством, где отводящие из дымогарных и жаровых труб газы, ударяясь о вертикальный отражательный щит, создают вихревое движение и, проходя через искрогасительную сетку, направляются в дымовую трубу. Крупные частицы изгари отбиваются от сетки и подвергаются дальнейшему размельчению в общем потоке газов, в результате чего поток газов как бы выметает мелкие частицы изгари.

Дымовая труба 5 установлена наверху дымовой коробки и служит для отвода продуктов сгорания и отработавшего пара в атмосферу.

Нижняя часть трубы, которая расположена в дымовой коробке, соединяется с расширяющимся книзу раструбом 3 для направления струн отработавшего пара и продуктов сгорания топлива. В барабане дымовой коробки предусмотрены специальные вырезы для установки дымовой трубы, конуса, паровпускных и паровыпускных труб.

Объем дымовой коробки влияет на пульсацию газов при выхлопах пара из конуса: чем больше объем, тем меньше пульсация, тем более равномерное горение топлива.

Дымовая коробка соединяется призониыми болтами с седлообразным фланцем цилиндрового блока и служит жестким креплением котла с рамой паровоза.

В дымовой коробке создается искусственная тяга газов за счет выпуска отработавшего пара в паровой машине через конус и дымовую трубу, поэтому герметичность камеры имеет исключительно важное значение.

Разгерметизация дымовой коробки определяется следующим образом: открывают сифон на полную мощность и с помощью факела обходят места возможного подсоса воздуха через неплотности. Такие места отмечают мелом и при ремонте паровоза устраняют с помощью заварки и замены неисправных болтов и деталей. Для герметизации большой дверцы между ней и обвязочным угольником дымовой коробки прокладывают асбестовый картон. Чтобы не было подсоса наружного воздуха в дымовую коробку, неплотности между парорабочими трубами и кромками отверстий в дымовой камере уплотняют стальными заделками с асбестовыми прокладками.

Плотность соединений паровпускных труб и элементов пароперегревателя с коллектором проверяют на горячем паровозе пуском пара, так как пропуск его ухудшает разрежение в дымовой коробке. Хорошая герметичность дымовой коробки способствует интенсивному горению топлива, экономному расходованию его и высокой паропроизводительности котла паровоза.

Дутьевой вентилятор

производительность – 1000 м.час;

напор – 120 м. в. ст.;

мощность двигателя 7,0 кВ

число оборотов – 1000 об/мин;

напряжение 380 в.

Газомазутные горелки

Производительность по мазуту - 9000 кг/час при Рмаз = 18 – 20 атм.

Горелка имеет периферийный подвод газа и механический распылитель мазут, охлаждение форсунок осуществляется воздухом от дутьевых вентиляторов при работе. Неработающие форсунки должны быть сняты.

Для очистки конвективной поверхности нагрева котла от эоловых отложений предусмотрена обдувка сетевой водой.

Качество сетевой воды, поступающей в котел, должно удовлетворять следующим нормам:

А) карбонатная жесткость не должна превышать 4000 м экв/кг;

В) свободная углекислота должна отсутствовать.

Топочная камера котла

Топочная камера котла предназначен для сжигания высококалорийного мазута и природного газа. Размеры топочной камеры 6,23 х 6,28 кв.м, высота призматической части 5,3 м. Стены полностью экранированы трубами  60 х 3,5 с шагом 64 мм. Наклонные части холодной воронки топки закрыты шамотом. Амбразуры горелок выполнены из зашипованных трубчатых колец, включенных в циркуляцию котла, покрытых хромитовой массой. Амбразуры горелок № 3, 4, 13, 14 наклонены на 15 0 , остальные на 10 0 , все трубы экранов соединены между собой горизонтальными поясами жесткости с шагом по высоте 2,8м.

Объем топочной камеры 245м 3 , радиационная поверхность экранов 224 м 2 . При обмывке смывная вода через гидрозатворы шламовых комодов сбрасывается в приямок кислых вод.

Конвективная часть

Конвективная часть состоит из 96 секций. Каждая секция состоит из «u-образных» змеевиков из труб 28х3 мм, вваренными концами в стояки 88х3,5 мм. Змеевики расположены в шахматном порядке с шагом 64 мм и 38 мм. По ходу газов конвективная часть разделена на 2 пакета, расстояние между которыми составляет 60 мм. Поверхность нагрева конвективной части составляет 2960 м 2 .

Обмывка котла

Для очистки конвективной части котла от золовых отложений предусмотрена обмывка ее сетевой водой. Обмывка осуществляется путем подачи сетевой воды через сопла, закрепленные на трубах, расположенных в газовом коробе над конвективной частью.

Предохранительные клапаны котла

На выходом сетевом трубопроводе котла установлены предохранительные клапана:

Предохранительный клапан « отрегулирован на Р =16м/см2, № 2 на Р = 16; №3, №4 то же.

Защита ПВК 1-2-3-4 при работе котлов на мазуте.

Для обеспечения надежной и бесперебойной работы котла предусматривается следующая защита ПВК, действующая на отключения котла по топливу:

При повышении давления воды за котлом свыше 16 ата.

При понижении давления воды за котлом ниже 8,0 ата

При уменьшении расхода воды через котел:

при пиковом режиме ниже 1750т/час;

При увеличении температуры воды за котлом выше 1550С

При уменьшении давления мазут до Р = 10 ата

При погасании факела в топке в течении 3 сек.

Технологические блокировки ПВК 1-2-3-4

1. Задвижка на общем мазутопроводе к котлу, задвижка на возврате мазута с котла может быть открыта только при условии:

наличия определенного расхода воды через котел не менее 1700т/час, для чего нужно открыть задвижки 1640, 1641 и отрегулировать расход задвижкой 1642 не менее 1700 т/час;

включения ключа цепей защиты на положение «включено»;

давление в мазутопроводе не менее 10 ата;

включение вентиляторов растопочных горелок для вентиляции топки не менее 2- в таком сочетании: 5 и 12 или 6 и 11, или все вышеуказанные четыре вентилятора.

2. Задвижка №1640 на трубопроводе воды до котла может быть закрыта только после закрытия задвижки на общем мазутопроводе к котлу и возврате мазута от котла.

3. Подача топлива к растопочным горелкам возможна только после включения ключей, зажигающих устройств в положении «включено» и выключения вентиляторов растопочных горелок.

4. При закрытии задвижки № 1640 до котла автоматически закрывается задвижка № 1641 после котла.

Управление ПВК

Кроме горелок с теплового щита управляются:

задвижки на подводе воды к котлу 31640

задвижки на отводе воды от котла №1641

задвижка обводной линии сетевой воды №1642

задвижка на подводе и отводе мазута от котла

клапан на подводе газа к зажигающим устройствам.

На щите установлено:

переключатели вида топлива 1пт 2пт

переключатель защиты ЗПТ (для газа и мазута)

ключ опробования сигнализации и защиты ОЗ

ключ съема сигнала КС.

Технологическая сигнализация

На световом табло щита вынесены сигналы срабатывания любой из защит котла, а также сигналы отключения цепей защиты, понижения температуры мазута к котлу и неисправностей на сборках задвижек № 1640 и №1641. Съем сигнала производится ключом КС. Световое табло погаснет только после устранения неисправности. Опробование сигнализации производится ключом КС. При этом опробуется одновременно звонок и все табло.

Аварийная сигнализация

Сигнализацией предусматривается светозвуковая сигнализация аварийного останова вентиляторов, горелок, и кроме того, для автоматизированных горелок (№7, 8, 9, 10) – светозвуковая сигнализация несоответствия положения запорной арматуры и вентиляторов соответствующих горелок. Причем схема для вентиляторов, автоматизированных горелок предусматривает сигнализацию аварийного их останова. Световая сигнализация для всех автоматизированных горелок обеспечивается сигнальными лампами.

Технологический контроль

На тепловой щит выведены следующие приборы:

Измерение и регистрация температуры сетевой воды до и посл котла и уходящих газов.

Контроль зажигающих устройств растопочных горелок.

Измерение температуры мазута

Измерение давления воды до и после котла, мазута.

Разряжение в топке, за котлами.

Регистрация расхода воды через котел.

Наименование величины

Размер-ность

Пиковый режим

Основной режим

Расход топлива

кгм 3 /час

Температура воды на входе в котел

Температура воды на выходе из котла

Температура наружного воздуха

КПД котла

Видимое тепловое напряжение топочного объема

Ккал/м 3 /час

Температура газов на выходе из топки

Температура газов за нижними пакетами конвективной части

Температура уходящих газов

Водяной объем вместе с трубопроводами в пределах котельной

Устройство водогрейных котлов КВ регламентируется ГОСТ 30735-2001 "Котлы отопительные водогрейные теплопроизводительностью от 0,1 до 4,0 МВт" и распространяется на котлы с рабочим давлением воды до 0,6 МПа (6 кгс/см2) и максимальной температурой воды на выходе из котла до 115 °С, предназначенные для теплоснабжения зданий и сооружений.

Тепловой расчет котлов осуществляется в соответствии с нормативным методом "Тепловой расчет котельных агрегатов." Кузнецов Н.В., Митор В.В. и др. 1973 г.

Гидравлический расчет котлов осуществляется в соответствии с нормативным методом "Гидравлический расчет котельных агрегатов." Балдина О.М. и др. 1978 г.

Аэродинамический расчет котлов осуществляется в соответствии с нормативным методом "Аэродинамический расчет котельных агрегатов." Мочан С.И.

Устройство водогрейных котлов КВ

Водогрейные котлы мощностью до 4,0 МВТ выполняются стальными гладкотрубными горизонтальной компоновки. Котел представляет собой цельный блок состоящий из двух частей топочной и конвективной. Топочная часть - состоит из стальных панелей: боковых, потолочной, фронтовой и задней. В топочной части котла на топке происходит процесс горения топлива, излучаемое тепло, с помощью конвективного и радиационного теплообмена передается панелям и нагревает теплоноситель (воду). Для повышения теплопередающей способности топочных панелей они выполняются газоплотными (между труб вваривается стальная полоса). В топочной части котла температура горячих газов в зависимости от вида топлива достигает 1000 - 1200 С. На выходе из топки температура уменьшается до 800 С.

После топочной части котла горячие газы поступают в конвективный блок состоящий из конвективных секций. Конвективные секции - это панели из стояков и вваренных в них труб. В конвективном блоке температура горячих газов снижается до 180 -200 С. Для усиления теплопередачи в конвективном блоке котла трубы располагаются в шахматном порядке, и устанавливается перегородка. Газы совершают опускное и подъемное движение и выходят сверху котельного блока.

Устройство изоляции водогрейных котлов должно обеспечивать отсутствие присосов наружного воздуха в котельный блок и температуру обшивки котла не более 50С. Для этого выполняют изоляцию трубной системы минеральными плитами ПТЭ и устанавливают декоративную обшивку из стальных листов, устанавливаемую на каркас.

Очистка конвективных панелей котла от сажи и золовых отложений осуществляется через люки в изоляционной обшивке котла. При правильной эксплуатации котельной установки, грамотной настройке тяги и дутья, следовании рекомендациям завода изготовителя, золовые и сажистые отложения на панелях котла не образуются.

Устройство гидравлической системы водогрейного котла

Гидравлическая схема водогрейного котла должна обеспечивать нагрев теплоносителя (воды) на 25 С. Расчетный диапазон температуры воды в котле 115-90 С, либо 95-70 С.

Кроме того, гидравлическая схема должна обеспечивать скорости движения воды минимилизирующие накипеобразование и исключающие образование застойных зон. Для этого в коллекторах котла устанавливаются перегородки, направляющие движение воды в котле, и обеспечивающие необходимую скорость. В различных моделях водогрейных котлов КВ вход и выход воды возможен в коллекторе топочной камеры, верхние или нижние коллектора конвективных панелей, при этом расположение входа-выхода не влияет на температурный напор и легко меняется в зависимости от техзадания заказчика, в соответствии с схемой его котельной.

Для удаления образующегося в процессе эксплуатации в трубной части котла шлама в нижних коллекторах предусмотрены дренажи. Для удаления воздуха в верхних коллекторах устанавливаются воздушники.

Для обеспечения безопасных условий эксплуатации и расчетных режимов работы водогрейные котлы оснащаются предохранительной и запорно-регулирующей арматурой, контрольно-измерительными приборами и приборами безопасности. Запорная арматура служит для отвода воды из котла в тепловую сеть, подвода обратной воды в водогрейный котел, слива воды из котла, для периодической продувки и удаления шлама. Контрольно-измерительные приборы, термометры и манометры обеспечивают измерение давления и температуры на входе и выходе воды из водогрейных котлов.

Устройство твердотопливных водогрейных котлов КВ

В зависимости от мощности котла твердотопливные котлы могут быть с ручными и механическими топками:

• топкой ОУР
• колосниковой топкой
• топкой с поворотными колосникам РПК
• топкой ЗП РПК с забрасывателем ЗП и поворотными колосниками
• топкой ТШПМ
• топкой ТЛПХ
• топкой ТЛЗМ

Устройство газовых и жидкотопливных водогрейных котлов

Газовые и жидкотопливные водогрейные котлы КВа могут работать с различными видами горелочных устройств импортного и отечественного производства, для этого на фронтальной плите изготавливаются отверстия и крепления под подобранную горелку.

Устройство паровых котлов

К атегория:

Общие сведения о кранах и котлах

Устройство паровых котлов

На краны устанавливают паровые котлы исключительно вертикального типа с дымогарными или кипятильными трубами. По производительности эти котлы могут быть отнесены к группе котлов малой мощности. На рис. 6 изображен паровой вертикальный с дымогарными трубами котел, устанавливаемый на кране ПК-ЦУМЗ-15.

Рис. 6. Котел с дымогарными трубами крана ПК-ЦУМЗ-15:
А -топка; В -водяное пространство; В -паровое пространство; Г-расширенные проходы между трубами; Д -шуровочнос отверстие; Е - дымовая коробка; 1 - лист топки; г -огневая решетка; 3 -грязевое кольцо; 4 -наружная обечайка; 5 -дымовая решетка; 6 - дымогарные трубы; 7 - шуровочная дверца; S - отражательный лист; 9 - колосники; 10 - промывочный люк; 11 - люк-лаз; 12 - обмуровка котла; 13 - зольник; 14 - искроуловительная сетка; 15 - обечайка шуровочного отверстия; 16 - дутьевое устройство; 17 - контрольная пробка; 18 - рычаг управления колосниками; 19 - лапа котла

-

Аналогичного типа котлы, имеющие лишь другие данные и размеры, установлены на кранах ПК-6.

Основными частями этого котла являются: топка, в которой происходит сгорание топлива; цилиндрическая часть котла, образующая водяное и паровое пространства, где испаряется вода, превращаясь в пар; дымовая камера, куда направляются газы из дымогарных труб и из которой через дымовую трубу они выходят в атмосферу.

Топка котла образуется из топочного листа, свальцованного в цилиндрический барабан, и огневой решетки. Топочный лист и огневая решетка сделаны из листовой топочной стали марки 15К.

Огневая решетка изготовлена штамповкой и представляет собой диск с отогнутыми вниз краями, соединенными с топочным листом.

Цилиндрическую часть котла образует свальцованный в барабан котельный лист из стали марки 20К. Кромки цилиндрических барабанов, решеток и элементов котла соединены между собой в стык при сварном соединении.

Рис. 7. Промывочный люк

Барабан цилиндрической части котла имеет несколько больший диаметр, чем топка, благодаря чему топка, входя в барабан, образует нижнюю часть водяного пространства.

Внизу, между цилиндрическим барабаном котла и топкой, расположено грязевое кольцо, изготовленное из стали марки Ст. 3 прямоугольного сечения; концы кольца свариваются в стык. Посредством этого кольца цилиндрическая часть котла соединена стопкой; котел установлен на поворотной раме крана и укреплен лапами.

Топливо забрасывается в топку на колосниковую решетку через отверстие в наружном листе нижней части котла и в листе самой топки. Кромки этих отверстий отгибаются и в месте стыка свариваются, образуя шуровочное отверстие. Снаружи оно закрыто массивной чугунной литой дверкой.

Отражательный лист, прикрепленный на стойках к внутренней стороне шуровочной дверки, служит для предохранения ее от чрезмерного нагревания.
Для промывки и очистки котла в наружном листе образованы два ряда промывочных люков, устройство которых показано на рис. 7.

Первый ряд люков расположен над грязевым кольцом и служит для очистки водяного пространства от грязи и шлама, оседающих на кольцо, второй ряд размещен на уровне огневой решетки и служит для промывки и очистки ее поверхности.

Чтобы облегчить очистку котла, ремонт и осмотр его внутренней части с противоположной шуровочному отверстию стороны топки несколько выше уровня огневой решетки расположен люк-лаз (рис. 8) размером 300 X 400 мм.

Рис. 8. Люк-лаз:
1 -наружный лист котла; 2 - усиливающее кольцо окна лаза; 3 - прокладка; 4 - крышка лаза; 5-шпилька; 6 - скоба люка

В отверстиях огневой и дымовой решеток закрепляются концы дымогарных труб (рис. 9); в одну из труб ставится контрольная пробка, сплав которой при снижении уровня воды ниже допустимого выплавляется. Дымогарные трубы увеличивают поверхность нагрева. Чем больше труб, тем больше общая поверхность нагрева и тем больше пара будет давать котел. В рассматриваемом котле крана ПК-ЦУМЗ-15 имеются 122 дымогарные трубы.

Для облегчения доступа к дымогарным трубам, расположенным в центральной части котла, их размещают в виде четырех пучков, отделенных между собой двумя взаимно-перпендикулярными расширенными проходами.

Расстояние между центрами двух соседних труб называется шагом расположения труб, а тело решетки между двумя отверстиями под трубы - перемычкой, или мостиком.

Мостики, в особенности в огневой решетке, вследствие больших температурных воздействий являются наиболее уязвимым местом, в котором чаще всего появляются трещины. Поэтому за состоянием мостиков необходимо внимательно следить при эксплуатации котла, а при ремонтах не уменьшать их величину.
Верхний конец труб развальцовывается на больший диаметр, а нижний, наоборот, подкатывается на меньший диаметр, благодаря чему при смене или ремонте они достаточно легко вынимаются кверху даже в том случае, если на их поверхности имеется небольшой слой накипи. Уменьшенного диаметра нижние концы труб, кроме того, можно закрепить в огневой решетке при помощи прокладных колец из мягкой отожженной [красной меди. Такие кольца не только уплотняют соединения, но и предохраняют кромки отверстии решетки от повреждений.

Нижний конец дымогарных труб ставят в отверстие огневой решетки с таким расчетом, чтобы он выступал в сторону огня на 8 мм; после постановки трубы выступающий конец ее отбуртовывают и в обязательном порядке обваривают.

Верхние концы дымогарных труб также выступают за пределы решетки на величину 10-15 мм; их уплотняют развальцовкой изнутри. В верхней части котла установлена дымовая коробка, выполненная из листовой стали толщиной 4-5 мм. Чтобы облегчить доступ к решетке и дымогарным трубам (для очистки), цилиндрическая часть дымовой коробки имеет лючки или отъемный верх.

В нижней части топки установлена колосниковая решетка, на которой лежит слой горящего топлива.

Рис. 9. Дымогарная труба: 1 - труба; 2 - медное прокладное кольцо; 3 - контрольная пробка

Колосниковая решетка состоит из отдельных колосниковых плит, в теле которых сделаны щели для прохода воздуха. Она устанавливается так, чтобы слой горящего топлива располагался несколько выше уровня грязевого кольца. Это позволяет избежать чрезмерного перегрева листа топки в случае скопления на грязевом кольце слоя шлама. От величины живого сечения (сумма всех щелей в колосниках) колосниковой решетки зависит скорость потока воздуха и интенсивность сгорания топлива. Обычно в колосниковых решетках крановых котлов жи-полной площади решетки.

Отдельные плиты колосниковой решетки выполнены подвижными, они поворачиваются на горизонтальных цапфах. Это облегчает очистку решетки от шлака. При помощи рычагов такие плиты занимают наклонное положение, в результате слой шлака разрыхляется, взламывается и сбрасывается в зольник.

Чтобы усилить тягу в дымовой коробке котла, установлен сифон - кольцеобразная трубка с отверстиями, в которые при необходимости подается пар. Кроме того, применяется дутьевое устройство, имеющее вид фасонного рожка с тремя соплами, направленными кверху. Отработавший в паровой машине пар направляется в это устройство и, выходя через сопла, образует вдоль дымовой трубы веерообразный поток, создавая в ней дополнительное разрежение, в результате чего приток воздуха, проходящего через колосниковую решетку, усиливается.

Для уменьшения тепловых потерь цилиндрическая поверхность котла снаружи покрыта (обмурована) слоем (в 30-40 мм) асбестогли-няной массы.

Обмуровочная масса на поверхность котла может быть нанесена горячим способом следующим образом. В котле поднимают давление пара до 3-4 кГ/см2, а затем на поверхность котла наносят слой жидкого асбеста и по мере высыхания - слой асбестоглиняной массы. Обмуровка котла может быть выполнена и холодным способом, в этом случае котел после обмуровки немедленно обшивают кровельным железом и выдерживают его неподвижно в течение не менее суток.

Равномерная толщина слоя обмуровки и укрепление обшивки достигаются тем, что на котел ставится несколько так называемых маячных колец, отстоящих от цилиндрической части котла на величину толщины обмуровочного слоя. К этим маячным кольцам специальными поясами прижимается наружная обшивка котла.

На ряде кранов, в том числе на кранах грузоподъемностью 7,5 т завода им. Январского восстания, установлены котлы с кипятильными трубами.

Котел с кипятильными трубами (рис. 10) состоит из наружного вертикального барабана, закрытого сверху штампованной крышкой. Внутри барабана расположена жаровая труба, верхняя часть которой постепенно суживается и переходит в дымогарную трубу. Для предохранения барабана от быстрого прогорания с внутренней стороны вставлена предохранительная труба, образующая кольцевое газовое пространство. Внутри предохранительной трубы помещен пароперегреватель в виде трубчатого двухрядного змеевика.

Для увеличения поверхности нагрева в жаровую трубу вварены две пары кипятильных труб, расположенных параллельно друг другу. В нижней части жаровая труба соединена с наружным барабаном грязевым кольцом.

Вваренная в наружный барабан и жаровую трубу круглая обечайка образует шуровочное отверстие, закрываемое чугунной литой дверцей с отражательным листом.

Котел посредством опорного грязевого кольца устанавливается и крепится к раме крана, в которой смонтирован литой противовес, являющийся одновременно зольником котла; на этот противовес уложены колосники, образующие колосниковую решетку.

Для устранения перегревов стенок в зоне грязевого кольца на колосники уложена футеровка, выполненная из шамота.

Для осмотра и ремонта котла сделан специальный лаз, а против каждой из кипятильных труб установлены смотровые люки. Около грязевого кольца имеются три малых промывочных люка для очистки и удаления шлама из нижней части котла.

Нижняя часть жаровой трубы и колосниковая решетка образуют топку котла.

Пространство между жаровой трубой и наружным барабаном, а также внутренняя часть кипятильных труб составляют водяной объем, а пространство между наружным барабаном и дымогарной трубой - паровой.

Рис. 10. Вертикальный паровой котел с кипятильными трубами:
1 -наружный барабан; 2 -жаровая труба; 3 -грязевое кольцо; 4 - кипятильная труба; 5 -змеевик пароперегревателя; 6 - пароотборная труба; 7 - дымогарная труба; 8 -дымовая труба; 9 - предохранительная труба; 10 -туровочная дверца; 11 - футеровка; 12- колосники; 13 - прогивовес-зольник; 14 - опорное кольцо

В горловине жаровой трубы установлены две контрольные пробки, подающие сигнал в случае понижения уровня воды ниже допустимого предела.
Внутри парового пространства помещена труба, по которой пар поступает в верхнюю часть змеевика пароперегревателя и, пройдя по нему, выходит в пароподающую магистраль.