Классификация и типы паровых котлов. Принципы компоновки поверхностей парового котла

Энергетические котлы предназначаются для преобразования химической энергии топлива в физическую теплоту высокотемпературных газов для последующей передачи теплоты этих газов через по­верхности нагрева нагреваемой среде (воде, пару) и последующему преобразованию ее в электрическую в турбине.

Промышленные котлы служат для получения продуктов сгорания не только с высокой температурой, но и с повышенным дав­лением. Эти продукты сгорания используются непосред­ственно для силовых целей в газовых турбинах, соплах реактивных двигателей и т. п.

Котлы-утилизаторы - паровые котлы, не имеющие собственной топки и использующие тепло отходящих газов каких-либо промышленных или энергетических установок.

Энерготехнологические котлы – служат для различных технологических нужд.

Компоновка котлов – взаимное расположение газоходов и поверхностей нагрева.

Рис. Компоновка котлов.

а) П-образная компоновка: подача топлива в нижнюю часть топки и вывод продуктов сгорания из нижней части конвективной шахты. Недостаток – неравномерное заполнение газами топочной камеры и неравномерное омывание продуктами сгорания поверхностей нагрева, расположенных в верхней части котла, неравномерная концентрация золы по сечению конвективной шахты

б) Т-образная компоновка: 2 конвективные шахты по обе стороны топки, с подъемным движением газов в топке. Это позволяет уменьшить глубину конвективной шахты и высоту горизонтального газохода, но усложняет отвод газов.

в) Трёхходовая компоновка с 2 конвективными шахтами иногда применяется при верхнем расположении дымососов.

г) Башенная компоновка используется для пиковых котлов в целях использования самотяги газоходов. Трудности с опорной конструкцией.

д) U-образная компоновка с инверторной топкой с нисходящим в ней потоком продуктов сгорания и подъемным их движением в конвективной шахте. Обеспечивает хорошее заполнение топки факелом, низкое расположение пароперегревателей и минимальное сопротивление воздушного тракта из-за малой длины дымоходов. Недостаток – ухудшенная аэродинамика переходного газохода.

е) Четырехходовая. При сжигании очень зольных топлив, имеющих легкоплавкую золу (сланцы), применяют четырехходовую компоновку. Характерная особенность такой компоновки — на­личие промежуточных газоходов, в которых во избежание шлакования проходных сечений в зо­не высоких температур размещены разреженные поверхности нагрева (например, ширмы).

Потребители теплоты и их тепловые нагрузки. Сезонная и круглогодичная нагрузки. Основные виды и классификация теплообменного оборудования промышленных предприятий. Теплоносители и их свойства.

Основными потребителями тепловой энергии являются промышленные предприятия и коммунальное хозяйство.

Для промышленных предприятий используется тепловая энергия в виде горячей воды и пара для: силовых агрегатов имеющие в качестве привода паровые машины или турбины (паровые молоты, прессы, компрессора, насосы и т.д.). Параметры пара при этом: 8-35кгс/см², 250-450⁰С; технологических аппаратов и устройств (подогреватели). Параметры пара: до 3,8 кгс/см², до 350⁰С.

В ЖКХ основными потребителями теплоты являются системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Тепловую нагрузку можно разделить на сезонную и круглогодичную.

Сезонная нагрузка главным образом зависит от климатических условий – температуры наружного воздуха, его влажности, скорости ветра, солнечной радиации и т.п. Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой. К сезонной нагрузке относят нагрузки отопления, вентиляции (зимние нагрузки), кондиционирования (летняя нагрузка).

Цель отопления – поддержание температуры внутреннего воздуха в помещении на заданном уровне. Температура воздуха в помещении зависит от назначения помещения, а в промышленных зданиях от характера выполняемых работ. Значения температуры воздуха в помещениях принимаются согласно СНиП и СанПин. В частности: - для жилых зданий - от 18 до 20 ⁰С; - для промышленных зданий - от 16 до 20 ⁰С; - для общественных зданий - от 14 до 25 ⁰С.

Под вентиляционной нагрузкой понимают потребность в тепле для подогрева воздуха, подаваемого извне в помещения. В жилых зданиях без специальной приточной системы вентиляции расход тепла Q_в = 0.

А Б

Рис. График теплопотребления сезонной нагрузки: А- годовой, Б- суточный.

К круглогодичной нагрузке относятся нагрузка горячего водоснабжения (ГВС) и технологическая нагрузка. График технологической нагрузки зависит от характера производства. График нагрузки ГВС зависит от благоустройства зданий, состава населения, графика рабочего дня, режима работы коммунальных предприятий. Технологическая и нагрузка ГВС слабо зависят от времени года.

Технологическая нагрузка задается технологами и зависит от вида производства.

Нагрузка ГВС имеет существенно неравномерный характер как в течение суток, так и по дням недели. Наибольший расход горячей воды наблюдается в утренние и вечерние часы, из дней недели – в субботу.

А Б

Рис. График теплопотребления круглогодичной нагрузки: А- годовой, Б- суточный.

Теплообменными аппаратами (теплообменниками) называются устройства, предназначенные для обмена теплом между греющей и. обогреваемой рабочими средами. Последние в ряде случаев называются теплоносителями.

Необходимость передачи тепла от одного теплоносителя к другому возникает во многих отраслях техники: в энергетике, в химической, металлургической, нефтяной, пищевой и других отраслях промышленности.

Тепловые процессы, происходящие в теплообменных аппаратах, могут быть самыми разнообразными: нагрев, охлаждение, испарение, кипение, конденсация, плавление, затвердевание и более сложные процессы, включающие в себя несколько из перечисленных. В процессе теплообмена может участвовать несколько теплоносителей: тепло от одного из них может передаваться нескольким и от нескольких одному.

Классификация теплообменных аппаратов:

а) по назначению: подогреватели, конденсаторы, охладители, испарители, паропреобразователи и т. п.

б) по схеме движения теплоносителя: а) прямоток, б) противоток, в) перекрестный ток, г) многократный перекрестный ток, д, е) сложные схемы.

в) по принципу действия: поверхностные и смесительные.

· смесительные (контактные) – теплообмен в них происходит при непосредственном соприкосновении и смешении теплоносителей (* элеваторы).

· поверхностные - в них теплоносители ограничены твердыми стенками (поверхностями нагрева), частично или полностью участвующими в процесс теплообмена между ними. Поверхностные делятся на: рекуперативные и регенеративные.

Рекуперативными называются такие теплообменные аппараты, в которых теплообмен между теплоносителями происходи через разделительную стенку. При теплообмене в аппаратах такого типа тепловой поток в каждой точке поверхности разделительной стенки сохраняет постоянное направление.

Регенеративными называются такие теплообменные аппараты, в которых два или большее число теплоносителей попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева. Во время соприкосновения с различными теплоносителями поверхность нагрева или получает тепло и аккумулируем его, а затем отдает, или, наоборот, сначала отдает аккумулированное тепло охлаждается, а затем нагревается.

В большинстве рекуперативных теплообменников тепло передается непрерывно через стенку от теплоносителя к другому теплоносителю. Такие теплообменники называются теплообменниками непрерывного действия.

Теплообменники, в которых периодически изменяются подача и отвод теплоносителей, называются теплообменниками периодического действия. Большинство регенеративных теплообменников работает по принципу периодического действия. Разные теплоносители поступают в них в различные периоды времени. Теплообменники такого типа могу работать и непрерывно. В этом случае вращающаяся насадка (или стенка) попеременно соприкасается с потоками разных теплоносителей и непрерывно переносит тепло из одного потока в другой.