Подготовка питательной воды и очистка пара

МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ УКРАИНЫ

ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра строительных конструкций

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

«ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ»

для студентов направления обучения 6.0601 «Строительство»

 

Луганск 2013

УДК 697.32

 

Рекомендовано Ученым Советом

Луганского национального аграрного

университета (протокол №_____ от _______ 2013 г.)

 

 

Р е ц е н з е н т ы:

Соколов В.И., доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой «Металлорежущие станки и инструменты»
Восточноукраинского национального университета
имени Владимира Даля

 

Андрийчук Н.Д.., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Вентиляция, теплогазо- и водоснабжения» Луганского государственного института жилищно-коммунального хозяйства и строительства

Гусенцова Я.А. Кулешова Э.И.

Теплогазоснабжение и вентиляция / Гусенцова Я.А., Кулешова Э.И. – Луганск: изд-во ЛНАУ, 2013. – 76 с.

 

Рассмотрены физические свойства жидкости и газов. Теплотехника, закономерности горения топлива, основы проектирования теплогенерирующих установок. Газоснабжение внутренние и наружные сети. Основы проектирования систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

 

 

УДК 697.32

Ó Гусенцова Я.А., Кулешова Э.И.  2013

Ó Луганский национальный аграрный университети, 2013

 

Содержание

Введение                                                                                                          3

Лекция 1. Техническая термодинамика                                                       3

Лекция 2. Теплоснабжение                                                                            7

Лекция 3. Газоснабжение                                                                            31

Лекция 4. Системы вентиляции и кондиционирования воздуха             44

 Заключение                                                                                                  71                                                                       

Список рекомендуемых источников                                                          72

 

 

Введение

Подземные хозяйства современных городов, а также промышленных предприятий имеет сложную систему. Оно состоит из инженерных сетей различного назначения, общих коллекторов и сооружений на них. Во всех крупных городах имеются централизованные водоснабжение и канализация, тепло-, энерго- и газоснабжение.

В связи с бурным ростом науки и техники неузнаваемо изменилось и подземное хозяйство наших городов. В настоящее время это сложная система подземных коммуникаций, требующая для их строительства и эксплуатации высокой квалификации инженерно-технического персонала.

 

Лекция 1

Техническая термодинамика

План лекции

1. Параметры состояния газа.

2. Основные термодинамические процессы.

3. Теплопроводность плоской стенки.

4. Закон Кирхгофа.

Термодинамика - наука, изучающая превращение энергии в раз­личных процессах, сопровождающихся тепловыми эффектами. Ме­тоды термодинамики основаны на универсальном законе приро­ды — законе сохранения энергии.

Каждая система характеризуется рядом величин, которые приня­то называть термодинамическими параметрами.

Давление обусловлено взаимодействием молекул рабочего тела с поверхностью, численно равно силе, действующей на единицу площади поверхности тела по нормали к ней.

Температурой называется физическая величина, характеризу­ющая степень нагретости тела. С молекулярно-кинетической точки зрения температура есть мера интенсивности теплового движения молекул.

Удельный объем V — это объем единицы массы вещества. Если однородное тело массой М занимает объем V, то по определению v = V / M, единица удельного объема 1м³/кг.

Первое начало термодинамики устанавливает количественную зависимость между подводимой к системе теплотой, ее внутренней энергией и соверша­емой системой работой. Таким образом, первый закон термодина­мики можно сформулировать так: вся теплота, подводимая к систе­ме, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение внешней работы.

Изохорный процесс. При изменении состояния газа по изохоре его удельный объем остается постоянным. Уравнение процесса V= const.

В координатах PV изохора изображается вертикальной линией: при нагревании направленной вверх, при охлаждении — вниз.

Изобарный процесс протекает при постоянном давлении. В PV-.диаграмме изобара изображается прямой линией, параллельной оси абсцисс.

Изотермический процесс протекает при постоянной температуре Т = const.

В соответствии с уравнением состояния для идеального газа получим

                                PV = RT = const.                                          (1.1)

 

Адиабатный процесс. Выше были рассмотрены процессы изменения состояния газа с обязательным подводом к нему или с отводом и от него теплоты. При адиабатном изменении состояния газа до­пускают, что к нему не подводят и от него не отводят теплоту. Процессы же расширения и сжатия газа протекают только вследст­вие изменения его внутренней энергии.

В реальных условиях адиабатический процесс получить нельзя.

Политропным процессом называется процесс, все состояния кото­рого удовлетворяют условию

                                                         P Vⁿ =const.                                     (1.2)

где n — постоянное для данного процесса число, называемое показателем политропы, он может принимать любые значения.

Изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы идеального газа являются частным случаем политропного.

Процессы, в которых рабочее тело, пройдя ряд различных состояний, возвращается в исходное состояние, называются круговыми процессами или циклами. Циклы бывают прямые и обратные. Прямые циклы осуществляются в тепловых машинах, в которых теплота переходит в работу, а обратные в холодильных установках, где работа переходит в теплоту. Если процессы, входящие в цикл, равновесные и обратимые, то цикл обратимый.

Полезная работа за цикл эквивалентна площади, ограниченной верхней и нижней кривыми.

Формулировка второго закона термодинамики гласит: теплота не может самопроизвольно пере­ходить от более холодного тела к более нагретому (Клаузиус), или (Карно): там, где есть разница температур, возможно совершение работы.

Термодинамика и теплопередача составляют основы теплотех­ники. Теплота самопроизвольно переносится от горячего тела к хо­лодному. Теплопередача изучает закономерности распределения те­плоты. В зависимости от физического механизма переноса различа­ют три элементарных способа передачи теплоты:

Теплопроводность— это процесс переноса теплоты, осуществля­емый микрочастицами тела (молекулами, атомами, электронами), имеющими различную энергию и обменивающимися ею при своем движении и взаимодействии.

Конвекция— это перенос теплоты движущейся массой жидкости или газа из области с одной температурой в область с другой.

Тепловое излучение — это процесс передачи внутренней энергии тела в виде энергии излучения.

Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, этот процесс называют конвективным теплообменом. В реальных усло­виях передача теплоты происходит тремя способами одновреме­нно.

Совокупность значений температуры во всех точках рассмат­риваемого тела в данный момент времени называют температур­ным полем. Если температура любой точка тела неизменна во времени, поле называют стационарным.

Поверхность внутри тела или на его границах, имеющую оди­наковую температуру, называют изотермической.

Тепловой поток. Количество теплоты (Дж), проходящее через изотермическую поверхность F в единицу времени (1 с), называют тепловым потоком q (Вт). Тепловой поток, проходящий через еди­ницу площади (1 м²), называют плотностью теплового потока (Вт/м²).

Закон Фурье — основной закон теплопроводности. Чем резче изменяется температура в теле, т. е. чем больше градиент тем­пературы, тем больше тепловая нагрузка переносится теплопровод­ностью,

                                          (1.3)

здесь знак минус показывает, что векторы q и gradt направлены по одной прямой в противоположные стороны; l — коэффициент теплопроводности материалов. Например, если теплопроводность стали l = 50 Вт/(м-К), это означает, что при изменении температуры на расстоянии 1 м на 1 К через 1 м² изотермической поверхности внутри стали проводится тепловая мощность 50 Вт.

Теплопроводность плоской стенки. Тепловой поток, передаваемый через площадь F стенки,

                                    Q = qF = (l /d)(t₁ – t₂)F.                                   (1.4)

Величину l/d К/(Вт/м²) называют термическим сопротивлением.

Рис. 7.4. Теплопроводность плоской стенки

Единство процессов переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью в изотермическом потоке жидкости или газа называют конвективным теплообменом. На практике чаще всего интересуют­ся конвективным теплообменом между жидкостью (газами) и стен­кой канала, в котором она течет. Конвективный теплообмен между стенкой и жидкостью (на стенке) называют теплоотдачей. Количе­ственно интенсивность теплоотдачи характеризуется коэффициен­том теплоотдачи a, Вт /(м² К), определение которого дает закон Ньютона—Рихмана:

                     a = q /Dt_жс = Q_c/ F q,                                               (1.5)

где q — плотность теплового потока на поверхности, Вт/м²; Dt_жс = t_с - t_ж  - температурный напор между стенкой и жидкостью, К; Q_c — тепловой поток на стенке, Вт; F— площадь поверхности теплоотдачи, м².

Уравнения, описывающие процесс конвективного теплообмена и теплоотдачи, очень сложны; во многих случаях их не удается решить. Поэтому теплоотдачу изучают в лабораториях эксперимен­тально. При этом надо уметь обоснованно переносить результаты единичного опыта на многие другие случаи, встречающиеся в прак­тике. Это удается сделать с помощью теории подобия.

Теплоотдача при вынужденном отмывании пучков труб. В теплооб­менниках часто используют пучки труб, омываемых с наружной поверхности однофазным потоком жидкости. Пучки бывают кори­дорные и шахматные.

Все тела излучают электромагнитные волны. Излучение, причи­ной которого является возбуждение атомов и молекул вещества вследствие их теплового движения, называется тепловым. Лучистый поток — это энергия излучения (Дж), проходящего в единицу времени (с) через поверхность F во всех направлениях пространства. Поток, проходящий через единицу поверхности, называют плот­ностью потока излучения

                  Е = DQ / DF (Bт/м²).                                                (1.5)

Часть энергии Е_пад, падающей на тело, поглощается Е_А, часть отражается Е_R и часть проникает сквозь него Е_Д и таким обра­зом                                            

                   Е_пад = Е_А + Е_R + Е_Д                                                                                  (1.6)

Величина А = Е_А /Е_пад называется коэффициентом поглощения, R = Е_R /Е_пад - коэффициентом отражения, д = Е_Д /Е_пад — коэффициентом пропускания. Тело, поглощающее все подающее на него излучение, называется абсолютно черным. Для этого тела А= 1. Тела, для которых коэффициент А<1, называются серыми. Для абсолютно белого тела R = 1, для абсолютно прозрачного д = 1.

Закон Кирхгофа. При термодинамическом равновесии отноше­ние излучательной способности тела к его поглощательной способ­ности не зависит от природы тела, а является одинаковой для всех тел функцией температуры и равно излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре:

                               E₁ /A₁ = E₀ /A₀ = E₂ /A₁₂= E₀ = f(т).              (1.7)

В многочисленных теплообменных устройствах, применяемых в любой области промышленности, основным рабочим процессом является теплообмен между теплоносителями. Такой теплообмен называют теплопередачей:

                     q = k (t₁ – t₂ ) .                                                     (1.8)

Величину k называют коэффициентам теплопередачи Вт(м² °С), а величину, обратную коэффициенту теплопередачи, называют пол­ным термическим сопротивлением теплопередачи:

               1 / k = 1 /a₁ + d/l +1 /a₂.                                       (1.9)

 

Контрольные вопросы

1. Какими параметрами характеризуется состояния газа?

2. Перечислите основные термодинамические процессы изменения состояния газа?

3. Как определяется теплопроводность плоской стенки.

4. Какое тело называется абсолютно черным?

5. Закон Кирхгофа.

 

Лекция 2. Теплоснабжение

План лекции

1. Топливо, общие сведения о топливе.

2. Процессы горения. Классификация и характеристика топочных устройств.

   3. Котельные агрегаты.

4. Конструкции котлов для теплоснабжения.

5. Тепловой баланс котельной установки. Коэффициент полезного действия.

 

В настоящее время твердое и газообразное топливо использует­ся, как правило, в естественном состоянии, жидкое топливо исполь­зуется в качестве конечного продукта переработки исходного сы­рья — нефти.

Состав топлива. Рабочим называется состав, включающий вес компоненты топлива, т. е. горючие, балластные и влагу. Состав топлива задается в % (весовых для твердого и жидкого и объемных для газового). Ценность топлива определяется содержанием в нем горючих элементов, главными из которых являются углерод С и во­дород Н. Горючей является также часть серы S₂, однако ее содержа­ние во всех видах топлива невелико (1...3%). Негорючие состав­ляющие образуют балласт, подразделяющийся на пассивный и ак­тивный, Пассивный балласт представлен компонентами которые в процессе горения не выделяют теплоту — азотом N, кислородом О, негорючсй частью серы S₂, а также золой А.

Активным балластом является влага W, которая в процессе горения требует затраты теплоты на переход из жидкого в парооб­разное состояние. Помимо рабочего, различают сухой (без влаги) и горючий (включающий только горючие компоненты) составы топлива.

Основной теплотехнической характеристикой топлива является теплота сгорания — количество теплоты, выделяющейся при сжигании 1 кг твердого (или жидкого) топлива или 1 м³ газообразного топлива.

Высшей теплотой сгорания Q_р^в называют количество выделив­шейся теплоты, включая теплоту, затраченную на испарение влаги топлива. Низшая теплота Q_р^н отличается от высшей тем, что не учитывает теплоту парообразования. Для сравнения различных ви­дов топлива введено понятие «условное топливо», низшая теплота которого составляет 29300 кДж на 1 кг твердого (или жидкого) или на 1 м³ газообразного топлива. В соответствии с этим каждому топливу свойствен свой тепловой эквивалент Э_т = Q_р^н/29300.

     Из твердых топлив наиболее распространены угли, подразделяющиеся на бурые, каменные и антрациты. Бурые угли самые молодые, они содержат наибольшее количество летучих веществ и золки характеризуются низкой теплотой сгорания. Каменные угли среднего геологического возраста имеют содержание углерода 40...70%, теплота их сгорания составляет 23 ×10³...27 ×10³ кДж/кг. Наиболее старый вид угля — антрацитимеет наибольшее содержание углеро­да (до 90%) и теплоту сгорания 25 × 10³ – 30 × 10³ кДж/кг.

Угли классифицируются—по размеру кусков, мм: плита — более 100, крупный.50...100, орех 25...50, мелкий 13...25, семечко 6...13, штыб менее 6; по содержанию летучих веществ: ант­рацит менее 9%, каменные угли — более 9%, бурые угли — от 9 до 40%.

В качестве жидкого топлива используется мазут, который почти целиком состоит из горючих веществ (С = 84...87%, Н =11...13%) имеет теплоту сгорания 38 × 10³...36 × 10³ кДж/кг.

Газообразное топливо — природный газ так же, как мазут, со­стоит почти целиком из горючих компонентов — метана СН₄, угле­водородов С₂ Н₆, С₃ Н₈, С₄ Н₁₀, С₅ Н₁₂. Теплота сгорания природного газа составляет 35 × 10³...36 × 10³ кДж/м³.

 

Процессы горения. Классификация и характеристика топочных устройств

 

Для обеспечения устойчивого зажигания и горения топлива не­обходимо: 1) поддержание температуры выше порога воспламене­ния топлива, 2) подача в зону горения необходимого количества воздуха, 3) отвод образовавшихся продуктов; сгорания. Температуравоспламенения зависит от содержания в топливе легковоспламе­няющихся летучих веществ и составляет: для дров и торфа 250...300 °С, для каменных углей 450...500 °С, антрацита 600...700 °С, мазута 500 °С, природного газа 600...700 °С.

Горение топлива может организовываться двумя способами: а) в зону горения подается предварительно подготовленная топливо-воздушная смесь; б) в зону горения топливо и воздух поступают отдельными потоками. Характер горения зависит также от вида топлива. В случае сжигания газообразного топлива смешение его с окислителем и горение происходит в объеме и имеет место гомогенный процесс горения. При сжигании твердого и жидкого топлива горение осуществляется на поверхности частиц и называется гетеро­генным.

В том случае, когда топливо подается в зону горения пред­варительно смешанное с воздухом, реализуется кинетический процесс горения. Если воздух подастся в топку отдельно от топлива и смешивается с ним в процессе горения, то процесс имеет диффузи­онный характер. В большинстве топочных процессов организуется смешанный кинетически-диффузионный процесс, в котором часть необходимого для горения воздуха заранее смешивается с возду­хом, называемый первичным, а другой (вторичный воздух) подводится в зону горения.

Количество необходимого для горения воздуха определяется материальным балансом процесса окисления горючих элементов топлива.

Топочные устройства.

Устройства, предназначенные для сжигания топлива, назы­ваются топками, или топочными устройствами. Рассмотрим простейшую схему топочного устройства—топку с простой колосниковой решеткой для сжигания твердого топлива (рис.2.1).

Топка состоит из колоснико­вой решетки 2, на которой рас­положен слой горящего топлива, топочного пространства 3, где сгорают летучие горючие вещества, и зольника (поддувала), откуда к топливу поступает воз­дух. Кроме того, имеются две дверцы—верхняя и нижняя; пер­вая -служит для подачи свежего топлива в топку, шуровки (ше­веления слоя), а также для удаления золы и шлака; через ниж­нюю дверцу с помощью вентилятора или за счет тяги подается воздух, необходимый для горения топлива.

Рис. 2.1. Схема топки с простой колосниковой решеткой

При сжигании топлива с повышенной влажностью в топоч­ном пространстве могут быть установлены отражательные своды 4, которые уменьшают излучение тепла от горящего слоя и тем самым улучшают подсушку свежезаброшенного топлива, обеспечивая его более быстрое загорание. Дымовые газы из топки проходят между трубами 5 котла.

Колосниковая решетка выполняется в виде полотна, состоя­щего из отдельных колосников, которые размещаются на бал­ках. Колосники бывают неподвижные, поворотные и покачи­вающиеся. Формы применяемых колосников весьма разнообраз­ны; наибольшее распространение получили брусчатые и плиточ­ные.

 Сжигание твердого топлива в котлах небо­льшой и средней мощности производится в слое. Котлы мощ­ностью до 1...1,5 МВт могут работать с ручным забросом топлива на неподвижную колосниковую решетку. Процесс горе­ния в таких немеханизированных топках имеет циклический харак­тер: порция заброшенного топлива подсушивается, разогревается, выделяются и загораются летучие, затем горит твердый остаток, производится сброс шлаков (в зольник или через дверцу в предтопок). Применение механизированного заброса топлива враща­ющимся забрасывателем в топках котлов мощностью до 6...7 МВт делает процесс сжигания непрерывным: в каждый момент времени по длине решетки одновременно осуществляются все стадии от подсушки свежезаброшенного топлива до дожигания остатка. Другим вариантом механизации процесса в топках с неподвижной колосниковой решеткой является применение периодически движущейся шурующей планки.

В топках с движущейся колосниковой решеткой топливо поступает на решетку из бункера самотеком и перемешается к задней стенке, проходя последовательно все стадии горения.

Во всех слоевых топках реализуется диффузный принцип сжигания – скорость горения определяется скоростью подвода воздуха к поверхности горения. В котлах большой мощности твердое топливо сжигают измельченным до пылевидного состояния. Размол твердого топлива производится в мельницах.

Топки для сжигания жидкого топлива и газа. Газ сжигается в камерных топках, по конструкции аналогичных топкам для жидкого топлива, поэтому ма­зут можно сжигать в топках для га­за, и наоборот.

рж. III.33. Топка для сг мазута

Для образования газовоздушной смеси и создания условий для ус­тойчивого ее воспламенения применяют газовые горелки.

Существуют различные типы и конструкции горелок. Наи­большее распространение получили смесительные и инжекционные горелки. В смесительные горелки воздух для горения по­дается с помощью вентиляторов, а в инжекционные—вследст­вие подсоса (инжекцин) его из помещения за счет энергии дав­ления газа при прохождении его через сопло горелок.  

В инжекционных горелках, работающих при давлении газа до 2,5 кПа, количество подсасываемого первичного воздуха со­ставляет около 30—70%. Недостающее его количество (вторич­ный воздух) поступает в топку вследствие разрежения в ней. В горелках среднего и повышенного давления (10—30 кПа) ко­личество подсасываемого первичного воздуха обеспечивает пол­ное горение топлива, поэтому подача вторичного воздуха не требуется. Эти горелки выполняются прямыми или угловыми; по­следние устанавливают для уменьшения длины фронта обслу­живания котлов.

Для сжигания мазута применяют центробежные форсунки с механичес­ким или паровым распылением. В механических форсунках (рис. 2.2, а) распыление достигается за счет использования кинетической эне­ргии мазутной струи, вытекающей из сопла под высоким давлени­ем, создаваемым насосом. В паровых форсунках (рис 2.2, б) рас­пыление достигается за счет энергии струи пара, набегающей под углом к мазутной струе. В обоих типах форсунок для увеличения эффекта распыления мазутному потоку при выходе из сопла прида­ется тангенциальное вращательное движение.

 

 

 

Котельные агрегаты

Котельный агрегат представляет собой Комплекс аппаратов, служащих для выработки пара с давлением выше атмосферного.

По назначению котельные агрегаты подразделяют на энерге­тические и производственно-отопительные.

Современные котельные агрегаты выпускают разных мощно­стей (малой, средней, высокой) и параметров пара в зависимости от требований потребителя. Мощность паровых котлов определяется по их производительности (в т/ч). Котлостроительные заводы в настоящее время выпускают отдельные унифицированные бло­ки, из которых комплектуют котлоагрегат. Унификация разрабо­тана с учетом вида используемого топлива, типа топки, парамет­ров пара, оборудования отдельных узлов и пр. Количество бло­ков в котлоагрегате должно быть минимальным при максималь­ных габаритах блока. Каждый блок является законченным конст­руктивным узлом заводского изготовления, транспортируемым к месту монтажа.

Для тепловых электростанций средней и малой мощности, коммунальных и производственных котельных нашли широкое применение ввиду возросшей доли мазута и газа в общем топлив­ном балансе страны котлоагрегаты средней производительности гаэомазутного типа (ГМ). Эти котлоагрегаты имеют мощность 50—120 т/ч пара при давлении 1,4—10,0 МПа.

Унифицированные котло­агрегаты малой производительности типа ДКВР, предназначен­ные для электростанций малой мощности, отопительно-производственных и технологических котельных, а также для применения в коммунальном, сельском хозяйстве и на транспорте. Эти котло­агрегаты имеют следующие типоразмеры: ДКВР-2,5-13; . ДКВР-4-13-250; ДКВР-6,5-13-250; ДКВР-10-13-250; ДКВР-10-39-440; ДКВР-20-13-250.

Первая цифра типоразмера указывает на паропроизводительность (т/ч), вторая—давление (кг/см²), третья—температуру перегретого пара (°С). Если в типоразмере отсутствует третья цифра, то данный котлоагрегат выпускает сухой насыщенный пар. Основным аппаратом котельного агрегата (рис. 2.5) служит па­ровой котел, являющийся генератором пара. В одной обмуровке с ним расположена топка. Подача топлива в нее происходит из бункера. Дутьевой вентилятор подает для горения топлива воздух, предварительно подогретый теплотой отходящих газов в воздухо­подогревателе.

На приведенной схеме паровой котел состоит из двух бараба­нов — верхнего и нижнего, соединенных пучками изогнутых труб. Принцип действия его сходен с принципом работы трубчатого теплообменника. Нагрев, воды происходит через поверхность труб, соединяющих барабаны, называемой поверхностью нагрева котла.

В зависимости от условий теплообмена поверхность нагрева воспринимает теплоту излучением от поверхности или факела го­рящего в топке топлива и от горячих трехатомных газов (левый — кипятильный пучок труб на приведенной схеме) либо конвекцией от омывающих ее газов (на схеме правый — конвективный пучок труб).

Циркуляция воды в котле происходит по замкнутому контуру (рис. 2.5). Она может быть естественной многократной и прину­дительной, большей частью однократной, под напором, создавае­мым насосом. Естественная циркуляция воды в котле возникает за счет гравитационных сил, вызванных разностью плотностей во­ды и пароводяной смеси. Естественная циркуляция воды в приве­денной на схеме котельной установке происходит следующим образом. Питательная вода, восполняющая убыль воды в котле при парообразовании, подается насосом (см. рис. 2.6) в экономай­зердля предварительного подогрева и далее в верхний барабан котла. Из верхнего барабана она опускается по правому, пучку труб в нижний барабан, затем поступает в левый пучок труб, в которых образуется пароводяная смесь, и далее в верхний бара­бан. В верхнем барабане пар заполняет собой свободный объем барабана — паровое пространство, а вода вновь продолжает свой путь. Находящийся в паровом пространстве пар содержит капельки воды, Для осушения его применяют разного рода сепарационные устройства (на схеме не показаны), расположенные как внутри барабана, так и за пределами его. Сухой насыщенный пар, пройдя сепарационное устройство, поступает в паро­перегреватель. Для перегрева и по паропроводу направляется к потреби­телю. 

Топочные газы из топки между вертикальными неполными перегородками движутся по газоходам котла вдоль трубок, отдавая теплоту воде. В последнем газоходе они отдают свою теплоту для подогрева питательной воды в экономайзере и воздухонагревателе и охлажденными выбрасываются в атмосферу дымососом.

 

Во избежание концентрированного засорения окружающей местности пылью выброс газов происходит через трубу, которая одновременно может быть использована в качестве аварийной при выходе из строя дымососа.

На приведенной схеме показана наиболее полная компоновка котельного агрегата, обслуживающего электростанцию. В некото­рых, редко встречающихся случаях, котельный агрегат может со­стоять из минимального количества аппаратов: парового котла, топки, тягодутьевых и насосных устройств.

Установка экономайзеров, воздухоподогревателей улучшает использование теп­лоты отходящих газов, повышает производительность и экономичность работы котельного агрегата, достигающего в современны крупных котельных высокого КПД (90—95%).

 

Конструкции котлов для теплоснабжения

Для теплоснабжения коммунально-бытовых потребителей с си­стемами отопления и горячего водоснабжения используются чугунные водогрейные котлы. Их конструкция позволяет изменять тепло­вую мощность за счет набора различного количества секций, котлы имеют небольшое сопротивление проходу воды через секции, а так­же проходу газов по газовому тракту. Это делает возможной эксп­луатацию котлов без использования циркуляционных насосов и ды­мососов. Кроме того, благодаря толстым стенкам поверхностей нагрева чугунные котлы могут дольше сопротивляться внутреннее коррозии.

На рис. 2.7 показан чугунный шатровый котел типа «Универ­сал», обеспечивающий теплоснабжение одного или 2 — 3 зданий и устанавливаемый вблизи обслуживаемых зданий. Котел набирает­ся из отдельных плоских секций с помощью ниппелей. Котел в со­бранном виде образует шатер, внизу которого расположена колос­никовая решетка для слоевого сжигания твердого топлива. Секции котла снаружи ограждены обмуровкой. Нагреваемая вода поступа­ет двумя потоками в нижние коллекторы, из которых параллель­ными потоками распределяется по отдельным секциям. Нагре­тая вода отводится из верхних коллекторов потребителю. Продук­ты сгорания, поднимаясь вверх, распределяются параллельными потоками в щелевидные зазоры между секциями, отдают теплоту через стенки воде и опускаются в общий дымовой канал, из которо­го направляются в дымовую трубу. Работа чугунных котлов без вспомогательных устройств — циркуляционного насоса, вентилято­ра для подачи воздуха, а также дымососа для удаления дымовых газов возможна при обслуживании систем отопления небольшой протяженности. В более мощных системах, а также при работе на газе и мазуте чугунные котлы оборудуются указанными вспомога­тельными устройствами.

Чугунные котлы в силу особенностей своей конструкции имеют ограниченную единичную мощность. Поэтому для централизованного теплоснабжения крупных объектов используются водогрейные; котлы типа КВ-ТС и КВ-ТК для слоевого сжигания твердого топлива типа КВ-ГМ для сжигания газа и мазута.

Теплообменная часть котлов этой серии состоит из экранных труб и конвективного пучка: движение воды и газов осуществляется по прямоточной схеме, т. е. вода вводится в трубы экранной системы, после которой направляется в конвективный пучок, образованный витками стальных труб небольшого диаметра.

Пароснабжение технологических потребителей осуществляется паровыми котлами, изготавливаемыми из стали, поскольку секции чугунных котлов обладают недостаточной прочностью при повышенном давлении, характерном для паровых котов.

С повышением давления в котле растет и плотность пара, а следовательно, уменьшается разность между плотностью воды и плотностью паровоздушной смеси. Поэтому котлы, вырабатывающие большое количество папа высокого давления, уже не могут работать с естественной циркуляцией воды.

Конструкция прямоточного котла с принудительной циркуляцией воды приведена на рис. 2.8.

Принцип прямоточности состоит в том, что вода, поступающая в котел под давлением, при постепенном нагревании последовательно проходит все стадии парообразования: нагревается до кипения, сначала из нее образуется влажный насыщенный пар, затем сухой и, наконец, перегретый. Однократное движение воды происходит по змеевику, состоящему из коллекто­ров с параллельно включенными кипятильными трубами. Котел имеет П-образную форму. Левая часть его представляет собой радиационную зону и состоит из топочной камеры для факельного сжигания топлива. По стенкам камеры расположены топочные экраны в виде вертикальных труб с движущейся в них водой и пароводяной смесью. В правой конвективной зоне котла расположены змеевик переходной зоны, экономайзер, включенный в об­щую циркуляционную систему котла, и воздухоподогреватель. На границе двух зон находится пароперегреватель. Вода, уже нагре­тая в экономайзере, поступает в радиационную зону котла и, по­лучая теплоту от факела горящего топлива, нагревается и пре­вращается во влажный насыщенный пар. Во избежание пережога кипятильных труб при образовании сухого насыщенного пара часть змеевика вынесена в зону более низких температур. Далее пар поступает в пароперегреватель, где его температура повыша­ется до 783—813 К (510—540 °С), и затем в машинный зал элек­тростанции.

Прямоточные котлы имеют высокую производительность, но очень чувствительны к качеству питательной воды. На тепловых электростанциях для питания котлов используют конденсат отра­ботавшего пара. Ввиду малого водяного объема котлы не обла­дают теплоакккумулирующим свойством, поэтому даже очень не­значительные изменения в потреблении пара, расходе топлива мо­гут привести к колебаниям давления в котле. Однако применение. автоматического, регулирования устраняет этот недостаток. Котлы не требуют для своей установки больших площадей, имеют не­большую металлоемкость, высокую тепловую экономичность, их устанавливают на крупных тепловых электрических станциях при давлении пара свыше 10 МПа.

Подготовка питательной воды и очистка пара

Природная вода всегда содержит много вредных для работы паровых котлов примесей в виде грубодисперсных и коллоидных образований, растворенных агрессивных газов: кислорода, углекис­лого газа, сероводорода, растворимых солей: хлоридов, сульфа­тов, бикарбонатов, щелочных и щелочноземельных металлов.

Существует два способа умягчения воды: внутрикотловой и докотловой. Современные конструкции водотрубных котлов требу­ют, докотловой обработки воды.

Сущность внутрикотловой химической обработки состоит в до­бавлении к питательной воде химических веществ, при взаимодей­ствии с которыми соли кальция и магния образуют малораствори­мые соединения, выпадающие в осадок и удаляемые из котла в виде шлама при продувке. Такими веществами, называемыми антинакипинами, являются едкий натр, кальцинированная сода и др.

Из методов докотловой обработки воды наибольшее распространение получил метод катионного обмена. Сущность метода заключается в том, что при фильтрации через слой катионированного материала происходит замена накипеобразующих катионов кальция и магния на катионы, образующие легкорастворимые или летучие соли.

 

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 612; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!