Принцип действия, устройство и характеристики котлов

Основные понятия о котлах и котельных установках

Согласно «Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов» котлами называются устройства, предназначенные для производства пара или горячей воды с давлением выше атмосферного за счет теплоты, выделяющейся при сгорании топлива. В зависимости от вида теплоносителя (пар или вода) котлы подразделяются на паровые и водогрейные.

Паровой котел состоит из топки и поверхностей нагрева (рис.1).

Топка 2 служит для сжигания топлива. На рис. показана топка, в которой сгорает жидкое или газообразное топливо, подаваемое горелкой 1. При горении топлива образуются продукты сгорания (газы), температура которых в факеле достигает 1500 - 1800 ⁰С. При таких температурах газы обладают высокой излучательной способностью и посылают на стены топки мощные потоки теплоты. Для защиты стен топки от теплового разрушения используются экраны, состоящие из одного ряда труб, установленных вдоль стен топки. Трубы параллельно подсоединены к нижнему и верхнему коллекторам 3. Лучистый поток теплоты греет воду в трубах экранов и частично превращает ее в насыщенный пар. Пароводяная смесь из труб экранов через верхний коллектор вводится в верхний барабан 6. Вследствие теплообмена газы охлаждаются и на выходе из топки имеют температуру порядка 1100 – 900 ⁰С.

Рис.1 Схема устройства и работы парового котла:

1 – горелка: 2 – топка; 3 –верхний и нижний коллекторы бокового экрана топки; 4 – обмуровка; 5 – пароперегреватель; 6 – верхний барабан; 7 – конвективный пучок труб; 8 – нижний барабан; 9 – водяной экономайзер; 10 – воздухоподогреватель.

Дальнейшее охлаждение газов осуществляется, в основном, в процессе конвективного теплообмена с поверхностями нагрева, которые получили название конвективных. В их число входят: пароперегреватель 5, конвективный пучок 7, водяной экономайзер 9 и воздухоподогреватель 10.

Второй после экранов испарительной поверхностью нагрева является конвективный пучок 7. Он представляет собою совокупность вертикальных труб, присоединенных к верхнему 6 и нижнему 8 барабанам. Газы омывают трубы в поперечном направлении и нагревают их. Образовавшийся в трубах насыщенный пар, выделяется в верхнем барабане котла.

Топка и испарительные поверхности нагрева образуют паровой котел, который вырабатывает насыщенный пар. Такими котлами является подавляющее большинство паровых котлов народного хозяйства и объектов МО.

При необходимости получения перегретого пара котел дополнительно оборудуется пароперегревателем 5. Перегретый пар имеет такое же давление, как и насыщенный. Однако его температура на 50–200 ⁰С выше. Поэтому пароперегреватель располагается сразу за топкой, где газы имеют более высокую температуру.

После конвективного пучка температура газов составляет 300–400 ⁰С, а потому их дальнейшее охлаждение производится в водяном экономайзере, а затем в воздухоподогревателе. В экономайзере газы нагревают питательную воду до 140-170 ⁰С, которая далее поступает в котел. Горячий воздух с температурой 150-200 ⁰С используется в топке для сжигания топлива. Применение экономайзера и воздухоподогревателя позволяет повысить к.п.д. котла на 10 -12 %. В некоторых котлах пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподогреватель могут отсутствовать. Поэтому эти поверхности нагрева называются вспомогательными.

От окружающей среды топка и поверхности нагрева отделяются обмуровкой 4, которая изготавливается из огнеупорных и теплоизоляционных материалов.

Кроме указанных выше элементов, в состав котлов входят: топочные устройства, каркас, гарнитура, арматура и контрольно- измерительные приборы (КИП).

Топочные устройства служат для подачи топлива и его сжигания. К ним относятся горелки для сжигания жидкого и газообразного топлива, забрасыватели твердого топлива, неподвижные или подвижные колосниковые решетки.

Каркас котла используется для крепления поверхностей нагрева, обмуровки, лестниц и площадок для обслуживания котла.

К гарнитуре относятся лазы, гляделки, газовые заслонки и др. устройства для обслуживания газоходов котла. Гарнитура устанавливается в обмуровке и газоходах котла.

Арматура служит для обеспечения правильной и безопасной работы котла. К ней относятся: вентили, задвижки, обратные и предохранительные клапаны и др.

В состав КИП входят водоуказательные приборы, манометры, термометры, и др. приборы

Основными характеристиками паровых котлов являются: паропроизводительность в т/ч, кг/ч или кг/с и давление пара в МПа (кгс/см²).

По величине давления пара котлы подразделяются на котлы низкого давления (до 0,9 МПа), среднего давления (1,4 – 4,0 МПа) и высокого давления (10 -14 МПа).

Котлы производительностью до 20 т/ч пара относятся к котлам малой производительности (мощности). Среднюю производительность имеют котлы, вырабатывающие от 25 до 200 т/ч пара

На объектах МО применяются котлы низкого и среднего давления паропроизводительностью не более 75 т/ч.

Рис.2 Конструктивная схема водогрейного котла:

1 – нижние коллекторы экранов; 2 – горелочные устройства; 3- трубы боковых экранов топки;

4- топочная камера; 5 – конвективные трубные пакеты; 6 – верхние коллекторы

Поверхности нагрева водогрейных котлов образуются трубами экранов 3 топки 4 и конвективными трубными пакетами 5 (Рис. 2). Трубы своими верхними и нижними концами параллельно присоединены к верхнему 6 и нижнему 1 коллекторам. Вода обычно вводится в поверхность нагрева через нижний коллектор, а отводится из нее через верхний коллектор. На рис. 2 холодная вода вначале нагревается в экранах топки, а затем в конвективных пакетах. Горячая вода с расчетной температурой 115 – 150 ⁰С отводится из котла из верхнего коллектора конвективного пакета.

К основными характеристиками водогрейных котлов относятся: тепловая мощность в МВт, теплопроизводительность в ГДж/ч (Гкал/ч) и температура горячей воды. На объектах МО применяются водогрейные котлы тепловой мощностью до 58 МВт (теплопроизводительностью до 50 Гкал/ч). Температура горячей воды составляет 115 – 150 ⁰С.