Назначение и классификация котельных агрегатов

Все котлоагрегаты можно подразделить на два основных класса: паровые и водогрейные.

По характеру движения воды, пароводяной смеси и пара паровые котлы подразделяются (рис.2) на следующие виды:

1 барабанные с естественной циркуляцией;

2 барабанные с многократной принудительной циркуляцией;

3 прямоточные.

В барабанных котлах с естественной циркуляцией (Рис. 3) вследствие разности плотностей пароводяной смеси в левых трубах (обогреваемых) 2 и жидкости в правых трубах (необогревамых) 4 происходит движение пароводяной смеси в левом ряду - вверх, а воды в правом ряду - вниз. Трубы правого ряда называются опускными, а левого - подъемными (экранными).

Отношение количества воды, проходящей через контур, к паропроизводительности контура D_п за тот же промежуток времени называется кратностью циркуляции К_ц. Для котлов с естественной циркуляцией К_ц = 10-60.

ПОД НК

НК

Рис. 2. Схемы генерации пара в паровых котлах а - естественная циркуляция; б - многократная принудительная циркуляция; в - прямоточное движение; Б - барабан;

ИСП - испарительные поверхности; ПЕ - пароперегреватель; ЭК - водяной экономайзер; D_п - расход пара; D_{n в} - расход питательной воды; ПН - питательный насос; ЦН - циркуляционный насос; НК - нижний коллектор; Q - подвод теплоты; ОП - опускные трубы; ПОД - подъемные трубы

Разность весов двух столбов жидкостей (воды в опускных и пароводяной смеси в подъемных трубах) создает движущий напор циркуляции воды в трубах котла:

Δр = gh (ρ_в – ρ_см), Н/м², где ρ_в и ρ_см - плотность (объемная масса) воды и пароводяной смеси, кг/м³; h - высота контура, м. Движущий напор циркуляции расходуется на преодоление сопротивления движению по трубам воды и пароводяной смеси, а также на сообщение ускорения пароводяной смеси в связи с ростом объема жидкости, происходящим при парообразовании в подъемных трубах

,кг/с Рис. 3. Естественная циркуляция воды в котле: 1 - нижний коллектор; 2 - левые трубы (обогреваемые); 3 - барабан котла; 4 - правые трубы (не-обогреваемые)

В котлах с принудительной циркуляцией движение воды и пароводяной смеси (Рис. 2, б) осуществляется с помощью циркуляционного насоса ЦН, движущий напор которого рассчитан на преодоление сопротивления всей системы.

В прямоточных котлах (Рис. 2, в) нет циркуляционного контура, нет многократной циркуляции воды, отсутствует барабан, вода прокачивается питательным насосом ПН через экономайзер ЭК, испарительные поверхности ИСП и пароперегреватель ПЕ, включенные последовательно. Следует отметить, что прямоточные котлы используют воду более высокого качества. Вся вода, поступающая в испарительный тракт ИСП, на выходе из него полностью превращается в пар, т.е. в этом случае кратность циркуляции К_ц =1.

Паровой котельный агрегат (парогенератор) характеризуется паропроизводительностью, давлением и температурой производимого пара и температурой питательной воды. Эти параметры в России регламентируются.

Паропроизводительность парогенератора выражают в т/ч или кг/с. Поскольку парогенератор предназначен для превращения тепла, заключенного в топливе, в потенциальную энергию пара, он представляет собой разновидность преобразователя энергии, а потому его можно характеризовать также по мощности, выражаемой в кВт или МВт. По паропроизводительности различают котлы малой (до 20-25 т/ч), средней (от 35-50 до 160-220 т/ч) и большой паропроизводительности (от 220-250 т/ч и выше).

Давление производимого в котле пара выражают в кН/м² и МН/м².

По давлению производимого пара различают котлы низкого (до 1,37 МН/м²), среднего (2,35 и 3,92 МН/м²), высокого (9,81 и 13,7 МН/м²) и закритического давления (25,1 МН/м²). Граница, отделяющая котлы низкого давления от котлов среднего давления, условна.

В котельных агрегатах производят либо насыщенный пар, либо пар, перегретый до различной температуры, значение которой зависит от его давления. В настоящее время в котлах высокого давления температура пара не превышает 540-570 °С. Температура питательной воды в зависимости от давления пара в котле колеблется от 50 до 260 °С.

Водогрейные котлы характеризуют по их теплопроизводительности (кВт или МВт, в системе МКГСС - Гкал/ч), температуре и давлению подогретой воды, а также по роду металла, из которого изготовлен котел.

По роду металла различают чугунные и стальные водогрейные котлы. Первые предназначают для отопления отдельных зданий и выполняют на небольшие теплопроизводительности, не превышающие 1,2-1,6 МВт, для подогрева воды с давлением не выше 300-400 кН/м² до температуры 115 °С. Вторые выполняют на большие теплопроизводительности - от 4,75 до 210 МВт и устанавливают в крупных квартальных и районных котельных для теплоснабжения больших жилых массивов. Кроме того, водогрейные котлы теплопроизводительностью 35 МВт и выше устанавливают также на ТЭЦ взамен пиковых подогревателей сетевой воды.