Общие методические указания по выполнению

Хлебников, В. А.

Х56 Котельные установки и парогенераторы: лабораторный практикум / В.А.Хлебников. – Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2008. – 76 с.

 

Приведены краткие теоретические сведения по курсу «Котельные установки и парогенераторы», описания лабораторных работ и методики обработки результатов.

Для студентов специальности 140104.65 – «Промышленная теплоэнергетика». Может быть использовано студентами других специальностей, изучающими курсы «Теплотехника» и «Общая энергетика».

УДК 621.181.7

ББК 31.37

© Марийский государственный технический университет, 2008

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ……………………………………………….………………….….5

 

Введение ………………………………………..…………………………………6

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ …………………………………………………………7

ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИЯХ

КАФЕДРЫ «ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ» ……………..........8

2.1. Общая характеристика лабораторных стендов…………...…….……….... 8

2.2. Инструкция по технике безопасности……………………………...……… 9

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ
ЖИДКОГО ТОПЛИВА............................................................................................ 10

3.1. Основные понятия……….………………………………………………… 10

3.2. Принцип действия и устройство калориметра…………………………. 11

3.3. Подготовка калориметра к работе…..……………………………………. 13

3.4. Основной опыт……………………...……………………………………. 14

3.5. Обработка результатов……………….……………………………………. 14

Контрольные вопросы …………………...…………………………………….. 16

 

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ТВЕРДОГО ТОПЛИВА …………………………………………………………... 16

4.1. Определение влажности………...……………...………………………… 16

4.2. Определение выхода летучих веществ...…………………………………. 19

4.3. Определение зольности топлива….………………………………………..21

Контрольные вопросы………….………………………………………………. 22

 

5. ПОДГОТОВКА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ ………………………………. 22

5.1. Схема водоподготовительной установки……...………………………… 22

5.2. Солевой баланс котла………...……………………………………………. 25

5.3. Методика выполнения лабораторной работы……………………………. 27

Контрольные вопросы …………………………………………………………. 27

 

6. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
И КОНСТРУКЦИЯ КОТЛА …………………………………………………….. 28

6.1. Основные сведения………………………………………………………… 28

6.2. Конструктивное исполнение поверхностей нагрева…………………….. 29

6.3. Водопаровой тракт котла………………………………………………….. 33

6.4. Каркас, обмуровка, тепловые перемещения и очистка поверхностей

нагрева котла……………………………………………………………………….... 34

6.5. Методика выполнения лабораторной работы..…………………………. 35

Контрольные вопросы …………………………………………………………. 36

 

7. ГАЗОСНАБЖЕНИЕ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ …………………... 37

7.1. Схема газорегуляторного пункта…………………………………………. 37

7.2. Схема подачи газа в котел………………………………………………… 37

7.3. Методика выполнения лабораторной работы…………………………… 42

Контрольные вопросы …………………………………………………………. 44

 

 

8. ПОДАЧА В ТОПКУ ВОЗДУХА И ОТВОД ДЫМОВЫХ ГАЗОВ …..... 44

8.1. Схема газовоздушного тракта котла……………………………………… 44

8.2. Методика выполнения лабораторной работы……………………………. 45

Контрольные вопросы …………………………………………………………. 48

 

9. ТЕПЛОВОСПРИЯТИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА И РАСЧЕТНАЯ ПАРОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ КОТЛА........................…………….. 49

9.1. Определение тепловосприятий поверхностями нагрева котла………… 49

9.2. Определение температурных напоров……………………………………. 54

9.3. Определение паропроизводительности котла……………………………. 55

9.4. Определение удельного расхода условного топлива………… ………… 56

9.5. Методика выполнения лабораторной работы……………………………. 56

Контрольные вопросы …………………………………………………………. 62

 

10. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В ВОДЯНОМ ЭКОНОМАЙЗЕРЕ...……………. 63

10.1. Тепловой баланс водяного экономайзера……………………………… 63

10.2. Экспериментально – расчетное исследование теплопередачи
в экономайзере.……………………………………………………………………… 65

Контрольные вопросы …………………………………………………………. 68

 

11. БАЛАНСОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПАРОВОГО КОТЛА ………………. 69

11.1. Тепловой баланс котла……………………………………………….…... 69

11.2. Определение КПД котла брутто и нетто…………………………..……. 70

11.3. Методика выполнения лабораторной работы
и обработки результатов………………………………………………………... 71

11.4. Анализ результатов лабораторной работы…………………………..….. 73

Контрольные вопросы …………………………………………………………. 74

 

Заключение ……………………………………………………………………. 74

 

Библиографический список ………………………………………………….. 75

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

В ходе лабораторного практикума по курсу «Котельные установки и парогенераторы», составленного в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта, студенты изучают процессы, происходящие в реально работающем паровом котле ДЕ-10-14 ГМ, методики экспериментального определения технических характеристик топлива, проведения испытаний оборудования котельных установок, получают навыки работы с современными приборами теплотехнического контроля.

Настоящее издание дополняет ранее изданное учебное пособие «Испытания оборудования котельной установки» [1]. В начале практикума приведены общие указания по порядку выполнения работ в лабораториях и филиалах кафедры «Энергообеспечение предприятий» и инструкция по технике безопасности.

Лабораторные работы по определению теплоты сгорания жидкого топлива и технических характеристик твердого топлива выполняются в специализированной лаборатории «Котельные установки и парогенераторы» (ауд. 125, I корп. МарГТУ). Остальные работы – на действующем оборудовании в филиале кафедры – отопительно-производственной котельной №1005 ГУПЭП «Маркоммунэнерго» (Республика Марий Эл, пос. Медведево, ул. Мира, 5).

Специализированная лаборатория оснащена оборудованием, позволяющим экспериментальным путем определять технические характеристики твердых и жидких топлив. На лабораторных занятиях в котельной на основе непосредственных измерений параметров студентами составляются тепловой и материальный балансы котла, определяются тепловые характеристики топки, КПД котла «брутто» и «нетто», показатели качества водоподготовки, проводятся балансовые испытания котлоагрегата и др.

Описание каждой лабораторной работы содержит краткие теоретические сведения, цель и задачи исследования, описание стенда или установки, методические рекомендации по выполнению заданий, вопросы для подготовки к защите, список рекомендуемой литературы. Девять лабораторных работ рассчитаны на 17 часов аудиторных и 17 часов домашних занятий.

Автор выражает благодарность профессору Ю.М. Липову и доценту Б.А. Соколову (МЭИ) за полезные консультации и предоставленные материалы.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Основой экономического развития России является топливно-энергетический комплекс. В соответствии с «Энергетической стратегией России на период до 2020 года» к 2020 году намечено довести добычу угля до 375-430 млн.т, нефти – до 450-520 млн.т, природного газа – до 680-730 млрд.м³. Выработку электроэнергии планируется увеличить до 1215-1365 млрд. кВт·ч. Предусмотрены существенное повышение эффективности потребления топлива и электрической энергии, опережающий рост производства электрической энергии на атомных электростанциях, более полное использование потенциала гидроэнергетики, расширение использования экономически эффективных возобновляемых источников энергии [1].

Теплоснабжение промышленности, сельского хозяйства и жилищно-бытового сектора является наиболее топливоемким сектором экономики РФ. В нем потребляется примерно 40% всех энергоресурсов, используемых в стране. Более половины этих ресурсов приходится на жилищно-бытовой сектор. Около 72% всей вырабатываемой тепловой энергии производится централизованными источниками - промышленными ТЭЦ и котельными мощностью более 20 Гкал/ч. Централизованными системами теплоснабжения ежегодно вырабатывается около 1,4 млрд. Гкал. тепла[1]. Около 600 млн. Гкал. теплоты ежегодно производят 68 тыс. коммунальных котельных. В большинстве крупных городов с населением свыше 100 тыс. чел. централизованным теплоснабжением обеспечено 70-95% жилого фонда. Тепловыми электростанциями (ТЭС) в настоящее время производится более 60% электрической и почти 32% тепловой энергии [1].

Котельные агрегаты (в дальнейшем сокращенно – котлы) относятся к основному оборудованию ТЭС, ТЭЦ и котельных на органическом топливе. Промышленностью выпускается широкая номенклатура паровых и водогрейных котлов [7]. Их широкое использование в системах теплоснабжения, необходимость эксплуатации котлов с максимально высоким КПД требуют, чтобы студенты теплоэнергетических специальностей обладали глубокими знаниями по котельным установкам и происходящим в них процессам.

 

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

 

Целью выполнения лабораторных работ является экспериментальное исследование процессов, происходящих в котлах и вспомогательном оборудовании котельных установок, изучение методик испытаний котельного оборудования, получения необходимых практических навыков по работе с оборудованием и приборами теплотехнического контроля.

Порядок проведения лабораторных занятий на кафедре «Энергообеспечение предприятий» определяется утвержденными заведующим кафедрой общими методическими указаниями по лабораторным работам. Согласно этим указаниям студент обязан:

1. Приходить на лабораторные занятия полностью подготовленным к активному проведению работ. Для этого необходимо:

а) заранее ознакомиться с содержанием предстоящей лабораторной работы по учебному пособию и методическим указаниям, ответить на вопросы;

б) иметь при себе методические указания к лабораторной работе, калькулятор, миллиметровую бумагу, линейку, ручку и карандаш.

2. На первом занятии ознакомиться с правилами техники безопасности при выполнении работ в данной лаборатории и расписаться в соответствующем журнале.

3. Перед началом каждой новой работы представить преподавателю оформленный отчет по предыдущей работе (один на бригаду; требования к отчету приведены ниже).

Лабораторная работа начинается с проверки готовности студента к ее выполнению. Вопросы, на которые студент должен уметь отвечать в процессе проверки, и весь теоретический и практический материал, необходимый для подготовки к лабораторной работе, приводится в учебном пособии и методических указаниях к работе.

В процессе выполнения лабораторной работы студентами оформляется отчет, который представляется преподавателю на следующем занятии. Порядок проведения защит лабораторных работ определяет преподаватель, ведущий занятия.

4. Отчет о проделанной работе должен быть предельно кратким; вся информация, полученная в процессе эксперимента должна быть обработана и представлена в сжатом, удобном для восприятия виде (графиками, рисунками, формулами).

 

 

Отчет должен содержать:

а) титульный лист,

б) цель, задание на работу с краткими рекомендациями по его выполнению,

в) рисунки, формулы и графики, иллюстрирующие процесс выполнения задания, а также окончательные результаты в числовом, графическом, формульном виде или в форме краткого вывода.

Текстовая часть отчета может выполняться на персональном компьютере с использованием текстового редактора Word. Производить расчеты и строить графики следует с помощью электронных таблиц Excel.

Каждый рисунок должен иметь порядковый номер и подрисуночную надпись, однозначно определяющую его содержание. Необходимо расшифровать обозначения элементов схем. На графиках должны быть обозначены координатные оси, выполнена оцифровка осей, указаны размерности. Если на одном графике наносятся несколько кривых, то каждая из них должна быть обозначена цифрами 1, 2, 3 и т.д., а под рисунком даются краткие пояснения, однозначно определяющие отличия кривых друг от друга.

Рекомендуемый размер графиков 75х100 (100х150) мм (не более половины стандартного листа). Если из полученных графиков следует определить некоторые числовые значения, то последние должны быть приведены на полях рисунка.

 

 

Основные понятия

 

Высшей теплотой сгорания Q^р_в называется количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы массы или объема топлива при условии, что образующиеся при сгорании водяные пары конденсируются и возвращается их теплота конденсации Q_кон.

В большинстве эксплуатирующихся котлов газообразные продукты сгорания не охлаждаются до температуры точки росы и, следовательно, теплота конденсации теряется. Количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы топлива за вычетом теплоты конденсации водяных паров, называется низшей теплотой сгорания Q^р_н.

Теплота сгорания жидкого топлива может быть определена экспериментально путем сжигания пробы топлива в калориметре и расчетным путем по формуле Д.И. Менделеева.

 

Общий вид установки для определения теплоты сгорания жидкого топлива показан на рис.1. В комплект установки входят калориметр Юнкерса, лампа газификации, мензурка для сбора конденсата, прецизионные весы для определения количества сожженного топлива и счетчик количества воды, прошедшей через калориметр.

В качестве жидкого топлива в лабораторной работе используется керосин, состав и теплота сгорания которого представлены в табл. 1.

 

Таблица 1

Подготовка калориметра к работе

 

Перед началом работы лампу газификации заправляют жидким топливом (керосином). Для этого необходимо отвернуть пробку штуцера 27, влить в баллон 24 около 200 см³ предварительно отфильтрованного топлива и плотно завернуть пробку. Затем лампу подвешивают к левому плечу коромысла прецизионных весов 29 и уравновешивают ее противовесами и мелкими гирями до тех пор, пока стрелка весов не установится на нуле. Прецизионные весы должны стоять справа от калориметра и на таком расстоянии от него, чтобы горелка 25 лампы находилась в центре камеры горения калориметра. Контроль положения горелки производят при помощи зеркала 34.

В ходе опытов должен быть обеспечен постоянный расход воды через калориметр. Для этого необходимо, чтобы вода через край переливной чашки напорного сосуда 2 переливалась по всему краю чашки.

Для зажигания и регулирования пламени лампу газификации снимают с прецизионных весов, заливают в чашку горелки спирт и поджигают его. При горении спирта нагреваются трубки горелки. К концу горения насосом накачивают воздух в баллон 24 лампы. Под напором воздуха керосин будет подниматься к горелке и, проходя через горячие трубки, испаряться. На выходе из сопла пары керосина воспламеняются от пламени спирта. Давление воздуха определяют по манометру 26. В баллоне необходимо создать такое давление воздуха, чтобы пламя было равномерным, а часовой тепловой эффект составил бы 4000 кДж тепла, для чего требуется сжечь в час около 0,1 кг керосина или бензина. После того, как пламя отрегулировано, лампу подвешивают к коромыслу весов, а горелку вводят в камеру горения калориметра. С помощью зеркала 34 проверяют правильность установки горелки. Горелка должна быть в центре горения, нельзя допускать удара пламени в стенку, что вызвало бы неполное сгорание топлива. В момент окончательной установки лампы вода из сосуда 9 должна вытекать полной струей.

Затем выполняется окончательная наладка калориметра. После установки лампы создают перевес на весах в сторону лампы с топливом на 15–20 г с тем, чтобы за время горения этого количества топлива окончательно наладить калориметр. Прежде всего, надо отрегулировать скорость движения воды через калориметр так, чтобы разность температур теплой и холодной воды была равна 10–12 °С. Регулировку производят регулировочным краном 5, одновременно наблюдая за показаниями термометров 15 и 16. Для получения наиболее точных результатов температура холодной воды должна быть на 4°С ниже температуры помещения, а относительная влажность воздуха соответствовать 60%.

С появлением капелек конденсата из штуцера 22 начинается основной опыт. Признакомустановившегося режимаработы калориметра является постоян­ство температур холодной и теплой воды.

Перед началом основного опыта необходимо определить расход воды через калориметр. Для этого нужно измерить время, за которое вода, прошедшая через калориметр, заполнит измерительную емкость, после чего с помощью весов определить массу воды.

 

Основной опыт

 

Основной опыт начинается, когда стрелка прецизионных весов указывает на нуль. В этот моментвключают секундомер и подставляют под штуцер 22 измерительную мензурку. Одновременно на чашку 28 необходимо положить гирю массой 10 г, в результате чего левое коромысло весов и лампа снижаются. Когда стрелка весов вновь укажет на нуль, секундомер следует выключить.

Измерения температуры должны производиться с точностью
±0,1 °С, количества охлаждающей воды ±0,0001 м³, количества конденсата ±1 мг. Период дискретизации – 1 мин.

Опыты производят дважды. Результаты измерений и расчетов записывают в протокол, форма которого приведена в табл. 2. После окончания экспериментов колпачок ниппеля снимают со штуцера 27, при этом пламя горелки должно потухнуть.

 

Обработка результатов

 

Высшая теплота сгорания жидкого топлива

Q^р_в = G × (h₂ -h₁) ×1000 / B, кДж/кг,

 

где G – количество охлаждающей воды, кг; h₁ и h₂ – энтальпии теплой и холодной воды, соответственно, °С; B – количество сожженного в опыте топлива, г.

 

Таблица 2

ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

 

Цели работы - изучение методик и определение влажности, выхода летучих веществ и зольности каменного угля.

 

Определение влажности

 

Внешнюю влагу по ГОСТ 11014 определяют сушкой топлива при комнатной температуре или в сушильных шкафах с температурой не более(50±5) °С. Размер кусков угля не должен превышать 20 мм. Масса угля, подвергаемого испытанию m, вычисляется в зависимости от максимального диаметра кусков d, мм по формуле m = d / 10, кг.

Навеску тщательно перемешивают и разравнивают на взвешенном

противне так, чтобы на 1 дм² поверхности приходилось не более 100 г угля. Противень с навеской взвешивают и ставят для свободной сушки в помещение с хорошей вентиляцией или в сушильный шкаф. Время от времени уголь осторожно перемешивают до тех пор, пока расхождение между взвешиваниями в течение последних 2 ч не будут превышать
0,1 %. Топливо, высушенное таким образом, называется воздушно-сухим. Внешняя влага W_ex рассчитывается по формуле

 

W_ex = (m₁ – m₂)×100 / m₁, (4.1)

 

где m₁ - масса навески до сушки; m₂ - то же после сушки.

Таблица 3

Определение зольности угля

 

Наименование параметра	Обозн.	Ед. измер.	Числ. значение
Температура в муфельной печи	t	°C	815±10
Время нагрева	τ	мин
Максимальный размер частиц воздушно-сухой пробы	d	мкм
Масса пустого тигля с крышкой	m1	г
Масса тигля с крышкой и пробой до нагревания	m2	г
Масса тигля с крышкой и остатком после нагревания	m3	г
Зольность аналитической пробы	Aа	%
Зольность сухой массы	Ac	%

Зольность аналитической пробы

 

А^a = (m₃ – m₁) ×100 / (m₂ - m₁),

 

где m₁ - масса тигля с крышкой; m₂ - масса тигля с крышкой и пробой; m₃ - масса тигля с крышкой и золой.

За результат берется среднее арифметическое двух параллельных определений, который записывают с точностью до 0,1%.

Зольность сухой массы

 

А^с = А^a ×100 / (100 - W_h),

 

где W_h - влажность воздушно-сухого топлива.

Контрольные вопросы

 

1. Охарактеризуйте элементный состав топлив.

2. Какие виды влаги содержит топливо?

3. Как определяют содержание внешней и гигроскопической влаги в топливе?

4. Что представляет собой выход летучих веществ и как его определяют экспериментально?

5. Что называется золой? Как определяют зольность топлива?

Ключевые слова: аналитические весы,аналитическая влажность, внешняявлага, выход летучих, гигроскопическая влага, проба топлива, зольность, энергетическое топливо, элементный состав топлив.

 

 

ПОДГОТОВКА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

 

Цель работы – изучение системы подготовки питательной воды отопительной котельной, определение величины непрерывной продувки и потерь теплоты с непрерывной продувкой котла.

 

Солевой баланс котла

 

Уравнение солевого баланса котла

 

D_п.в.× S_п.в = D × S_п + D_пр × S_пр + D × S_отл,

 

где D_п.в – расход питательной воды; D – номинальная паропроизводительность котла; D_пр - расход продувочной воды; S_пв, S_пр, S_отл - солесодержания питательной воды, пара и продувочной воды, соответственно.

Для рассматриваемого котла количество солей, уносимых паром, незначительно, поэтому D × S_п » 0. Отложения солей на поверхностях нагрева при нормальном водном режиме не допускается, поэтому

 

D_пр= D_пв × S_пв / S_пр

или

 

D_пр= (D + D_пр) × S_пв / S_пр .

 

Непрерывная продувка котла

 

Р = 100 × D_пр / D (5.1)

 

 

или

Р = 100 × S_пв / (S_пв- S_пр).(5.2)

 

Тепловые потери с непрерывной продувкой котла

 

q = (h_пр- h_пв)/h_к , (5.3)

 

где h_пр, h_пв - энтальпии продувочной и питательной воды, h_к - КПД котла брутто.

Правилами технической эксплуатации котла предусмотрена также периодическая продувка котла два раза за смену.

 

Таблица 9

Определение продувки котла и потерь теплоты
с продувочной водой

 

Наименование параметра	Обозн.	Ед. измер.	Числ. значение
Общая жесткость питательной воды	Жпв	мг-экв/кг
Общая жесткость продувочной воды	Жпр	мг-экв/кг
Продувка котла	Р	%
Продувка по паспорту на котел	Рпасп	%
Относительное расхождение	dр	%
Паропроизводительность котла	D	т/ч
Паропроизводительность котла	D	кг/с
Расход продувочной воды	Dпр	кг/с
Расход продувочной воды	Dпр	т/ч
Температура продувочной воды	tпр	°C
Абсолютное давление продувочной воды	Pпр	МПа
Энтальпия продувочной воды	hпр	кДж/кг
Температура питательной воды	tпв	°C
Абсолютное давление питательной воды	Pпв	МПа
Энтальпия питательной воды	hпв	кДж/кг
КПД котла брутто	hк	%
Тепловые потери с продувкой	q	кДж/кг

 

 

Основные сведения

 

Газомазутный вертикально-водотрубный паровой котел с естествен-

ной циркуляцией типа ДЕ-10-14ГМ по ГОСТ 3619 производственного объединения «Бийскэнергомаш» предназначен для выработки насыщенного (или перегретого до 225ºС) пара, используемого на технологические нужды промышленных предприятий или для подогрева горячей воды, поступающей в системы теплоснабжения.

Основные технические характеристики котла представлены в табл.10.

 

Таблица 10

Водопаровой тракт котла

 

Схема водопарового тракта котла показана на рис. 6. В котле реализована одноступенчатая схема испарения, при которой движение воды и пароводяной смеси в циркуляционном контуре происходит за счет разницы давлений в обогреваемых подъемных 5 и опускных трубах 4. Движение воды в экономайзере 1 осуществляется при помощи питательного насоса 7. Движение пара в пароперегревателе происходит за счет перепада давления в верхнем барабане 2 и паропроводе за котлом 8.

Питательная вода, нагретая в водяном экономайзере 1 до температуры t_п.в.=100°С, подается в верхний барабан 2 котла. Опускными труба- ми 4 являются слабообогреваемые последние по ходу газов ряды труб конвективного пучка, по которым вода из верхнего барабана поступает в нижний барабан 3. Подъемными обогреваемыми трубами 5 являются трубы экранных поверхностей и частично конвективного пучка. Непосредственно парообразование происходит в трубах передней части конвективного пучка.

Пароводяная смесь поступает в верхний барабан под уровень воды. При этом происходит образование крупных и мелких капель воды. Для повышения качества насыщенного пара, уменьшения содержащейся в нем капельной влаги и солесодержания пара, в верхнем барабане выполняется сепарация пара, т.е. отделение капель влаги пара с помощью первичных и вторичных сепараторных устройств. После сепарации насыщенный пар поступает в пароперегреватель 6, а затем по паропроводу к потребителям.

Рис. 6. Водопаровой тракт котла:

1-водяной экономайзер; 2-верхний барабан; 3-нижний барабан; 4-опускные трубы;

5-подъемные трубы; 6-пароперегреватель; 7-питательный насос; 8-паропровод к

потребителям

 

Поверхностей нагрева котла

Каркасом котла является металлическая конструкция, на которой закрепляются барабаны, поверхности нагрева, коллекторы, обмуровка, обшивка, трубопроводы, помосты, лестницы и др. оборудование. Каркас передает весовые нагрузки элементов котла на фундамент. Масса котла, поставляемого заводом-изготовителем, составляет 13,62 т.

Обмуровка котла – система ограждений, которая отделяет топочную камеру и газоходы от окружающей среды. Газоплотное экранирование боковых стенок, потолка и пода топочной камеры позволило конструкторам отказаться от тяжелой обмуровки и применить в котле легкую натрубную теплоизоляцию толщиной 100 мм, которая укладывается на слой шамобетона по сетке толщиной 25 мм. С целью уменьшения присосов воздуха в газовый тракт натрубная изоляция снаружи покрывается листовой металлической обшивкой, которая приваривается к каркасу котла. Котел поставляется заводом-изготовителем в собранном виде без натрубной изоляции.

Прочность при температурных изменениях элементов котла обеспечивается совместным использованием неподвижной передней опоры нижнего барабана и подвижней задней опоры. Подвижность задней опоры обеспечивается овальной формой отверстий для болтов. Тепловые перемещения элементами котла, в т.ч. нижних коллекторов фронтового и заднего экранов, может составлять 12…15 мм и контролируется при помощи "репера", который устанавливается в районе задней стороны нижнего барабана.

Загрязнения поверхностей нагрева котла, появляющиеся в процессе эксплуатации, уменьшают теплопередачу от газов топочной камеры воде и пароводяной смеси. Очистка поверхностей нагрева котла осуществляется стационарными обдувочными устройствами, расположенными с левой стороны котла. Обдувочное устройство состоит из узла крепления и трубы с соплами, которая вращается обслуживающим персоналом при обдувке конвективной части котла. Для обдувки используется насыщенный или перегретый пар давлением не менее 0,7 МПа.

 

Схема подачи газа в котел

 

Схема подачи газа в котел представлена на рис.8. С целью исключения попадания газа в топочную камеру неработающего котла,
схемой предусмотрено отключение подачи газа задвижками с электроприводом 1 как на вводе газопровода из ГРП, так и перед горелкой.

Рис. 7. Схема газорегуляторного пункта:

1-фильтр; 2-стеклянный жидкостной термометр; 3,4-запорная арматура; 5,7-манометры (показывающие и самопишущие); 6-предохранительный сбросной клапан; 8-регулятор давления; 9-предохранительный запорный клапан; 10-счетчик (расходомер) газа;
11-продувочный трубопровод; 12-сбросной трубопровод

 

Контроль давления газа перед горелкой, поворотной заслонкой 4 и после задвижки на вводе производится по манометрам 3.

В котле установлена одна вихревая горелка типа ГМ-7, позволяющая раздельно и совместно сжигать газ и мазут. Воздухонаправляющее устройство горелки содержит воздушный короб, осевой завихритель с профильными лопатками и конусный стабилизатор. Небольшая часть воздуха проходит через дырчатый лист (диффузор) по оси горелки для охлаждения форсунки. В форсуночный узел помимо основной форсунки обычно входит также сменная форсунка, установленная под углом к оси горелки. Сменная форсунка включается на короткое время, необходимое для чистки или замены. Аэродинамическое сопротивление горелки составляет 2 кПа.

Номинальный расход газа – 820 м³/ч (при Q^с_н=35.4 МДж/м³), мазута – 730 кг/ч (при Q^p_н = 40.38 МДж/кг). Номинальная тепловая мощность горелки – 8,15 Мвт (7 Гкал/ч). Давление газа перед горелкой составляет 25 кПа, мазута - 2,0 МПа. Давление пара на распыливание мазута - (0,3…0,5) МПа. Для зажигания горелки используется запальное устройство 7, состоящее из электроспирали с трубкой подачи газа.

Подача газа в горелку регулируется автоматическими регуляторами. Соответствие паропроизводительности котла его паровой нагрузке обеспечивает автоматический регулятор нагрузки 11, структурная схема которого изображена на рис. 9.

 

Рис. 8. Схема подачи газа в котел:

1-задвижка с электроприводом; 2-быстродействующий запорно-предохранительный клапан; 3-манометр; 4-регулирующая газовая заслонка; 5-газовая горелка; 6-продувочный газопровод («свеча»); 7-запальное устройство; 8-кран проходной; 9-измерительная диафрагма; 10-дифманометр; 11-регулятор нагрузки

 

Паровая нагрузка котла косвенно оценивается по давлению пара в барабане. Действительно, из уравнения теплового баланса

 

dp_б

А ––– = Q_т - G_н (h_н – h_п.в.),

dt

 

где А – коэффициент, характеризующий тепловую аккумулирующую способность пароводяной смеси, металла испарительной части и барабана; dp_б/dt – скорость изменения давления пара в барабане; Q _т - теплота, затраченная на нагрев пароводяной смеси в топочной камере; h_н – энтальпия насыщенного пара на выходе из барабана; G_н (h_н – h_п.в.) – теплота, ушедшая с насыщенным паром.

Регулятор сравнивает измеренное в барабане давление с заданным и в зависимости от знака и величины рассогласования воздействует на регулирующий орган подачи газа – поворотную газовую заслонку (поз. 4 на рис. 8). Если давление пара в барабане повышается, то регулятор уменьшает расход газа и наоборот.

Рис. 9. Структурная схема регулятора нагрузки котла:

Р_б – давление в барабане; РН – автоматический регулятор; З-задатчик; В_г – расход газа

 

Другой автоматический регулятор поддерживает оптимальное соотношение между расходами подаваемых в горелку газа и воздуха (называемое оптимальным избытком воздуха). Тем самым достигается максимальная экономичность сжигания топлива. Структурная схема регулятора «топливо-воздух» показана на рис. 10.

Рис. 10. Структурная схема регулятора «топливо-воздух»:

Р_г - давление газа; Р_в – давление воздуха; РВ – автоматический регулятор; З-задатчик;

В_в – расход воздуха

 

В регулятор поступают сигналы по давлению газа и воздуха перед горелкой, косвенно характеризующих их расходы. В зависимости от соотношения этих сигналов регулятор воздействует на направляющий аппарат дутьевого вентилятора и расход воздуха, подаваемого в горелку, изменяется (увеличивается или уменьшается). Для рассматриваемого котла оптимальный коэффициент избытка воздуха за топкой при работе на газе составляет 1,05 (на мазуте – 1,1).

Подача воздуха может регулироваться также по соотношению «пар-воздух» (рис. 11). Эта схема удобна для котла, работающего с частой сменой топлива (газ или мазут), т.к. исключается необходимость изменения настроек регулятора каждый раз при переходе с одного топлива на другое.

Рис. 11. Структурная схема «пар-воздух»:

G_п – расход пара на выходе из котла; G_в – расход воздуха на горелку; РВ – автоматический регулятор; З – задатчик; В_в – расход воздуха

 

Наряду с сигнализацией отклонений параметров от номинальных значений, автоматизация котельной установки предусматривает автоматическую систему тепловой защиты котлов и вспомогательного оборудования от повреждений. Тепловая защита срабатывает при возникновении аварийной ситуации, когда возможности автоматического или ручного управления процессами исчерпаны, а параметры выходят за допустимые пределы. Различают главные и локальные тепловые защиты.

Срабатывание главных тепловых защит приводит к останову оборудования. Локальные защиты предотвращают развитие аварии без останова котлов и других агрегатов.

К локальным тепловым защитам относятся предохранительные клапаны, защищающие верхний барабан и трубную систему котла от превышения давления.

Главные тепловые защиты котла прекращает подачу газа к горелке в следующих аварийных случаях:

- обрыв факела из-за экранной трубы в топке,

- аварийное отключение дутьевого вентилятора или дымососа,

- снижение давления газа перед горелкой ниже или выше предельного уровня,

- прекращение подачи питательной воды в котел.

В этих случаях быстродействующий запорно-предохранительный клапан 2 (см. рис. 8) мгновенно закрывается и подача газа к горелке прекращается.

 

Таблица 17

Теплообмена излучением

 

Наименование параметра	Обозн.	Ед. измер.	Числ. значения
Полезное тепловыделение в топке	Qт	МДж/м3
Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки	aт	---	1,05