Схемы газовоздушного тракта котлов

Газовоздушный тракт котла - единая система воздушных коробов и газоходов, обеспечивающая подачу воздуха через воздухоподогреватель и горелки в топку, движение образующихся продуктов сгорания (газов) по газоходам котла и удаление охлажденных газов в дымовую трубу.

Движение воздуха и газов в зависимости от мощности и размеров котла может быть организовано за счет естественной тяги или принудительной тяги.

Естественная тяга

В котлах малой паропроизводительности без организации подогрева воздуха для горения при относительно короткой длине газоходов возникает небольшое сопро-тивление при движении газов, которое преодолевается за счет естественной тяги дымовой трубы (см. рисунок 13.1).

Естественная тяга (или самотяга, Па) определяется как:

 

H_сам = h_тр*(r_в – r_г) * g, (13.1)

 

где h_тр - высота дымовой трубы, м;

r_в,r_г - плотность холодного воздуха (при 20-30°С) и газов
(при температуре на выходе из котла), кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с².

Так, в среднем для трубы высотой 100 м самотяга составляет
350-400 Па.

Принудительная тяга

В котлах большой мощности увеличиваются трубные поверхности в газовом потоке, появляется подогрев воздуха за счет теплоты газов, газоходы значительно удлиняются и имеют как подъемные, так и опускные участки, где необходимо преодолевать собственную самотягу газов, направленную вверх.

Дополнительно необходимо иметь запас напора для регулирования расходов. В этом случае сопротивление газовоздушного тракта становится большим и не может быть преодолено за счет тяги дымовой трубы, поэтому организуется принудительное движение воздуха и газов. Совместная работа воздушного и газового трактов котла может быть организована двумя способами: с уравновешенной тягой и под наддувом.

Уравновешенная схема тяги и дутья

При такой схеме газовоздушный тракт котла включает в себя дутьевые вентиляторы для подачи под давлением 2,5-5 кПа атмосферного воздуха через воздухоподогреватели к горелкам и части горячего воздуха в углеразмольные мельницы (см. рисунок 13.2, а). Сопротивление газового тракта котла, а также аппаратов золоулавливания и газоходов до дымовой трубы преодолевается дымососами, имеющими напор 2,0-3,5 кПа. В этом случае весь воздушный тракт на участке вентилятор - топка находится под давлением выше атмосферного. Продукты сгорания удаляются из котла дымосами, в связи, с чем топка и все газоходы находятся под разрежением.

В газовый тракт при давлении ниже атмосферного через неплотности его ограждений присасывается окружающий воздух, что увеличивает объем перекачиваемых дымососами газов. В среднем доля присосов воздуха составляет около 20-30 % объема газов V_г, образующихся в топке при горении топлива. Контрольным фактором, обеспечивающим согласование работы дутьевых вентиляторов и дымососов, является давление газов на выходе из топочной камеры. Здесь устанавливается и автоматически поддерживается небольшое разрежение, составляющее 30-50 Па (3-5 мм. вод. ст.).

Дутьевой вентилятор подает столько воздуха, сколько необходимо для полного сжигания топлива, а регулирующие устройства дымососов изменяют производительность так, чтобы вверху топки постоянно сохранять указанное небольшое разряжение.

Схема тяги и дутья под наддувом.

Транспорт воздуха до топки и продуктов сгорания до выхода в атмосферу можно также обеспечить специальными высоконапорными дутьевыми вентиляторами без применения дымососов (см. рисунок 13.2, б). В этом случае топка и газоходы будут находиться под некоторым избыточным давлением - наддувом. Весь газовый тракт котла при наддуве находится под избыточным давлением, и чтобы исключить проникновение токсичных газов из газового тракта в котельное отделение, необходимо обеспечить полную газоплотность всех стен газоходов котла (см. рисунок 13.2, в). В газоплотном тракте исключены присосы воздуха. При наддуве напор, создаваемый дутьевым вентилятором, меньшем, чем сумма напоров дутьевого вентилятора и дымососа в уравновешенной схеме, так как с уменьшением объема газов при отсутствии присосов в газовом тракте снижается сопротивление тракта. Это приводит к экономии энергии на привод тягодутьевых машин.

 

 

К тому же высоконапорный дутьевой вентилятор перекачивает холодный воздух, а дымососы - достаточно горячие газы с увеличенным удельным объемом, что дополнительно снижает затраты энергии на перекачку. При длительной эксплуатации такого котла в разных его местах за счет термических напряжений происходит разгерметизация тракта, исключение которой требует больших постоянных затрат. Поэтому в эксплуатации используются газоплотные по конструкции поверхности котла в сочетании с работой по уравновешенной тяге.

 

Тягодутьевые устройства

Тягодутьевые устройства - это комплекс механизмов и сооружений, обеспечивающий подачу воздуха в топку котлоагрегата и удаление из нее дымовых газов. К тягодутьевым устройствам относят дымососы, дутьевые вентиляторы, дымовые трубы, дымоходы, воздуховоды.

В зависимости от назначения тягодутьевые машины подразделяются на следующие основные виды: вентиляторы (подача воздуха, в том числе запыленного) и дымососы (перемещение продуктов сгорания).

Дымовые трубы для электростанций (дымоходы) минимизируют содержание вредных веществ до установленных норм, рассеивая в более высоких слоях атмосферы вредные вещества, содержащиеся в выбросах. Дымовые трубы (дымоходы) для тепловых электростанций существуют трех типов: однотрубные без газоотводящих стволов; однотрубные с отдельным газоотводящим стволом, многотрубные.

По конструктивным признакам дымовые трубы бывают: стальные
(30-40 м.), кирпичные (30-70 м), стеклопластиковые (до 250 м) и железобетонные (> 100 м.).

 

1 - паровой котел;

2 - воздухоподогреватель;

3 - золоуловитель;

4 - пылеприготовительная установка;

5 - горелка;

6 - дутьевой вентилятор;

7 - дымосос;

8 - дросселирующая заслонка;

9 - вентилятор первичного воздуха;

10 - дымовая труба;

а) - простая схема;

6) - схема с разделенным воздухо-подогревателем.

 

Рисунок 13.3 – Схемы включения тягодутьевых устройств

На предприятиях теплоэнергетики дымовые газы отводятся в атмосферу через сравнительно небольшое число дымовых труб. На ТЭЦ и ТЭС их число не превышает 10, а на промышленных и бытовых котельных - от 2 до 4 шт.
Высота труб на ТЭС и ГРЭС 180 - 400 м. На ТЭЦ, как правило, высота труб не более 180 м. Высота дымовых труб котельных составляет 40 - 120 м.

Выбор числа и типа дымовых труб

Для обеспечения наилучшего рассеивания вредностей в атмосфере и по экономическим соображениям желательно иметь минимальное количество дымовых труб.

На ГРЭС и ТЭЦ необходимо иметь не менее двух независимых газовых трактов. На КЭС обычно устанавливают две одноствольные трубы, на ТЭЦ - одну (в некоторых случаях две многоствольные).

При выборе дымовых труб для ТЭЦ должны быть учтены некоторые особенности по сравнению с КЭС - дымовые трубы должны обладать более высокой надежностью, т.к. отпуск теплоты обычно не резервируется,
ТЭЦ размещаются в городах; на ТЭЦ устанавливается разнотипное котельное оборудование, имеющее различную характеристику отводимых газов; на выбор труб накладываются ограничения требованиями аэрофлота, архитектурными соображениями. Этим особенностям в наибольшей мере отвечает многоствольная дымовая труба.

Для покрытия зимнего максимума тепловой нагрузки на ТЭЦ, кроме энергетических котлов, устанавливаются ПВК, отличающиеся рядом особенностей в отношении эвакуации дымовых газов.

Размеры дымовых труб унифицированы: так шаг по высоте принят равным 30 м, при этом высота дымовых труб: 180, 210, 240, 270, 300, 330, 360, 390, 420 и 450 м); диаметры устья: 6,0; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12,0; 13,8 м.

Лекция