Учебное пособие оператора газовой котельной. Газовая котельная

Устройство котельной установки

Котельная установка представляет собой тепловой генератор, в кото-ром химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию рабо-чего тела, в качестве которого используются вода и водяной пар. Рабочее тело, называемое в данном случае теплоносителем, транспортируется к те-плоприемникам потребителей и после использования теплового потенциа-ла вновь возвращается в котельную установку для повторения цикла.

По виду вырабатываемого теплоносителя котельные установки быва-ют паровыми и водогрейными. По назначению они подразделяются на три основных типа:

– энергетические - установки, производящие тепловую энергию для последующего преобразования ее в электрическую энергию и входящие поэтому в комплекс энергетических сооружений электрических станций.

В них вырабатывается перегретый водяной пар средних, высоких и сверх-критических параметров;

– производственные - установки, производящие тепловую энергию для технологических нужд различных производств. Они, как правило, яв-ляются паровыми, вырабатывающими сухой насыщенный или перегретый пар низких и средних параметров;

– отопительные - установки, производящие тепловую энергию для целей теплоснабжения городов. Как правило, они являются водогрейными

и предназначены для получения перегретой воды с температурой

Часто встречаются сочетания производственных и отопительных ко-тельных установок, вырабатывающих одновременно пар для производст-венно-технологических нужд и горячую воду для отопительно-бытовых целей.

Рабочие процессы паровой котельной установки схематически можно представить как два организованных потока - газов и жидкости, движу-щихся по одной и той же теплообменной системе и обменивающихся меж-ду собой энергией через разделяющие их металлические стенки, называе-мые поверхностями нагрева (рис. 5.1).

Организация потоков в котельных установках отличается большим разнообразием и зависит от многих факторов: назначения котельной и ее производительности, вида используемого топлива и способа сжигания, ро-да теплоносителя и методов его циркуляции, а также определяется задача-ми обеспечения максимального эффекта преобразования энергии топлива в тепловую энергию воды.

В соответствии с приведенной схемой собственно котлоагрегат вклю-чает в себя:

топочное устройство, в котором сжигается топливо и образуются топочные газы - высоконагретые продукты сгорания;

котел (металлическую емкость), внутри которого циркулирует теп-лоноситель и через поверхность которого передается теплота от га-зов к теплоносителю;

систему газоходов, служащих для удаления топочных газов в атмо-сферу;

устройства для подачи топлива и воздуха в топку, удаления остат-ков топливосжигания и продуктов сгорания, циркуляции теплоно-сителя;

системы трубопроводов воды, пара, воздуха, конструктивно выпол-ненных как единое целое с котлоагрегатом.

Котельная установка (рис. 5.2) -совокупность одного или несколь-ких котлоагрегатов, установленных в одном помещении и оборудованных общими вспомогательными устройствами топливоподготовки, шлакозоло-удаления, водоподготовки и питания котлов, очистки и удаления газов.

Подача дробленого топлива

2

Рис. 5.2. Технологическая схема котельной установки для производства водяного пара: 1 - топливный бункер; 2 - мельница для помола топлива; 3 - горелка; 4 - котлоагрегат; 5 - топочная камера; 6 - устройство золошлакоудаления; 7 - эк-ранные трубы; 8 - пароперегреватель; 9 - барабан котла; 10 - нижние коллектора экранов; 11 - экономайзер; 12 - воздухоподогреватель; 13 - воздухозаборный ко-роб; 14 - вентилятор; 15 - золоуловитель; 16 - устройство гидрозолоудаления; 17 - дымосос; 18 - дымовая труба; 19 - деаэратор; ВПУ - водоподготовительная установка; ПН - питательный насос

Одной из основных задач безопасной эксплуатации котельных уста-новок является организация рационального водного режима, при котором не образуется накипь на стенках испарительных поверхностей нагрева, от-сутствует их коррозия и обеспечивается высокое качество вырабатываемо-го пара. Пар, вырабатываемый в котельной установке, возвращается от по-требителя в конденсированном состоянии; при этом количество возвра-щаемого конденсата обычно бывает меньше, чем количество выработанно-го пара.

Потери конденсата и воды при продувке восполняются за счет добав-ки воды из какого-либо источника. Эта вода должна быть соответствую-щим образом подготовлена до поступления в котельный агрегат. Вода, прошедшая предварительную подготовку, называется добавочной , смесь возвращаемого конденсата и добавочной воды - питательной , а вода, ко-торая циркулирует в контуре котла, котловой .

Паровой котел -это устройство,имеющее систему поверхностей на-грева для получения пара из непрерывно поступающей в него питательной воды путем использования теплоты, выделяющейся при сгорании органи-ческого топлива. В современных паровых котлах организуется факельное сжигание топлива в камерной топке, представляющей собой призматиче-скую вертикальную шахту. Факельный способ сжигания характеризуется непрерывным движением топлива вместе с воздухом и продуктами сгора-ния в топочной камере.

Топливо и необходимый для его сжигания воздух вводятся в топку котла через специальные устройства - горелки.

Топка в верхней части соединяется горизонтальным газоходом с од-ной или двумя призматическими вертикальными шахтами, называемыми по основному виду происходящего в них теплообмена конвективными шахтами.

В топке, горизонтальном газоходе и конвективной шахте находятся поверхности нагрева, выполняемые в виде системы труб, в которых дви-жется рабочая среда.

В зависимости от преимущественного способа передачи теплоты по-верхностям нагрева их можно подразделить на следующие виды: радиаци-онные - теплота передается в основном излучением; радиационно-конвективные - теплота передается излучением и конвекцией примерно в равных количествах; конвективные - теплота передается в основном кон-векцией.

В топочной камере по всему периметру и по всей высоте располага-ются трубные плоские системы - топочные экраны, являющиеся радиа-ционными поверхностями нагрева.

Поверхность нагрева, в которой вода подогревается до температуры насыщения, называется экономайзером; образование пара происходит в парообразующей (испарительной) поверхности нагрева, а его перегрев - в пароперегревателе. Система трубных элементов котла, в которых движутся

питательная вода, пароводяная смесь и перегретый пар, образуют его па-роводяной тракт.

Водяные экономайзеры предназначены для охлаждения продуктов сгорания и подогрева питательной воды до поступления ее в испаритель-ную часть котельного агрегата. Предварительный подогрев воды за счет теплоты дымовых газов существенно увеличивает КПД котельного агрега-та. В зависимости от применяемого материала экономайзеры делятся на чугунные и стальные, по типу поверхности - на ребристые и гладкотруб-ные, по степени подогрева воды - на некипящие и кипящие.

Пароперегреватель представляет собой змеевиковую поверхность те-плообмена, предназначенную для перегрева пара, полученного в испари-тельной части котельного агрегата. Пар движется внутри трубок, омывае-мых снаружи дымовыми газами.

Для непрерывного отвода теплоты и обеспечения необходимого тем-пературного режима металла поверхностей нагрева организуется непре-рывное движение рабочей среды. При этом вода в экономайзере и пар в пароперегревателе могут проходить однократно или многократно.

В первом случае котел называется прямоточным, а во втором - кот-лом с многократной циркуляцией.

Пароводяная система прямоточного котла представляет собой гидрав-лическую систему, во всех элементах которой рабочая среда движется под напором, создаваемым питательным насосом. В прямоточных котлах нет четкой фиксации экономайзерной, парообразующей и пароперегреватель-ной зон.

В котлах с многократной циркуляцией (рис. 5.2) существует замкну-тый контур, образованный системой обогреваемых и необогреваемых труб, объединенных вверху барабаном, а внизу - коллектором. Коллектор - это заглушенная с торцов труба, в которую по длине ввариваются экран-ные трубы. Барабан представляет собой цилиндрический горизонтальный сосуд, имеющий водяной и паровой объемы, которые разделяются поверх-ностью, называемой зеркалом испарения . В барабане образовавшийся пар отделяется и поступает в пароперегреватель.

Влажный насыщенный пар, получаемый в барабане котлоагрегатов низкого и среднего давлений, может уносить с собой капли котловой воды, содержащей растворенные в ней соли. В котлоагрегатах высокого и сверх-высокого давлений загрязнение пара обуславливается еще и дополнитель-ным уносом солей кремниевой кислоты и соединений натрия, которые рас-64

творяются в паре. Примеси, уносимые с паром, откладываются в паропере-гревателе, что крайне нежелательно, так как может привести к пережогу труб пароперегревателя. Поэтому пар перед выходом из барабана котла подвергается сепарации, в процессе которой капли котловой воды отделя-ются и остаются в барабане. Сепарация пара осуществляется в специаль-ных сепарирующих устройствах, в которых создаются условия для естест-венного или механического разделения воды и пара.

Естественная сепарация происходит вследствие большой разности плотностей воды и пара. Механический инерционный принцип сепарации основан на различии инерционных свойств водяных капель и пара при рез-ком увеличении скорости и одновременном изменении направления или закручивания потока влажного пара.

В котлах с естественной циркуляцией питательная вода, подаваемая насосом, подогревается в экономайзере и поступает в барабан. Из барабана по опускным необогреваемым трубам вода поступает в нижние коллектора экранов, откуда распределяется в обогреваемые экранные трубы, в кото-рых закипает. Циркуляция происходит за счет разности плотностей паро-водяной смеси в экранных трубах и воды в водоопускных трубах.

В котлах с многократной принудительной циркуляцией для улучше-ния циркуляции дополнительно устанавливается циркуляционный насос, что позволяет осуществлять движение пароводяной смеси по наклонным и горизонтальным трубам.

Температура в топке в зоне горения факела достигает 1400-1600 °С. Стены топочной камеры выполняются из огнеупорного материала, их на-ружная часть покрывается теплоизоляцией. Частично охладившиеся в топ-ке продукты сгорания с температурой 900-1200 °С поступают в горизон-тальный газоход котла, где омывают пароперегреватель, а затем направ-ляются в конвективную шахту, в которой размещаются промежуточный пароперегреватель, водяной экономайзер и последняя по ходу газов по-верхность нагрева - воздухоподогреватель, в котором воздух подогрева-ется перед подачей в топку котла. Горячий воздух, направляемый в топку котла, улучшает условия сгорания топлива, уменьшает потери теплоты от химической и механической неполноты сгорания топлива, повышает тем-пературу его горения, интенсифицирует теплообмен, что в итоге повышает КПД установки. В среднем понижение температуры уходящих газов на каждые 20-25 °С повышает КПД примерно на 1 %.

Продукты сгорания за воздухоподогревателем называют уходящими газами; они имеют температуру 110-160 °С. Поскольку дальнейшая утили-зация теплоты нерентабельна, уходящие газы с помощью дымососа через золоуловитель удаляются в дымовую трубу.

Большое значение для надежной работы котла имеет качество пита-тельной воды. Несмотря на обессоливание и деаэрацию воды (удаление из воды коррозионно-активных газов О 2 и СО 2) на водоподготовительной ус-тановке, в котел непрерывно с питательной водой поступает некоторое ко-личество растворенных солей и взвешенных частиц. Очень небольшая часть солей уносится вырабатываемым паром. В котлах с многократной циркуляцией основное количество солей и твердых частиц задерживается в котле, из-за чего их содержание в котловой воде постепенно увеличива-ется. При кипении воды в котле соли выпадают из раствора, а на внутрен-ней поверхности экранных труб образуется накипь, плохо проводящая те-плоту. В результате экраны недостаточно охлаждаются движущейся в них средой и могут разрушиться под действием внутреннего давления. Поэто-му часть воды с повышенной концентрацией солей необходимо удалять из котла. На восполнение удаленного количества воды подается питательная вода с меньшей концентрацией примесей. Такой процесс замены воды в замкнутом контуре называется непрерывной продувкой . Непрерывная про-дувка осуществляется из барабана котла.

В прямоточных котлах из-за отсутствия барабана непрерывная про-дувка затруднена, поэтому к качеству питательной воды этих котлов предъявляются повышенные требования.

Назначение котельных.

Отопительные котельные предназначены для выработки теплоты, используемой для отопления и ГВС жилых, общественных и промышленных сооружений и зданий.

Производительность установок определяется как сумма максимальных часовых расходов теплоты на указанные цели при расчётной температуре наружного воздуха и расхода теплоты на собственные нужды.

Отопительно-производственные котельные предназначены для выработки теплоты, используемую для отопления и ГВС жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений, а также для снабжения предприятия паром, используемого для технологических нужд.

Производственные котельные предназначены для выработки теплоэнергии технологического назначения. Имеют производительность, которую определяют по максимуму суточного графика с учётом потерь и собственных нужд.

Наибольшее распространение получили отопительные и отопительно-производственные котельные.

Котлы, установленные в системах производственного теплоснабжения, выпускают производительностью 4; 6,5; 10; 20; 30; 50; 100 и 180 Гкал/ч.

Марки котлов:

· Газомазутные

ПТВМ – прямоточный теплофикационный водотрубный котёл башенного типа модернизированный;

КВГМ – котёл водотрубный газомазутный.

· Твердотопливные

КВТК – котёл водотрубный на твердом топливе с камерным сжиганием топлива;

КВТС – котёл водотрубный на твердом топливе со слоевым сжиганием топлива.

В водогрейных котлах не допустимо парообразование во избежание образования накипи, гидроудара. Для этого необходимо поддерживать постоянную скорость воды в системе, т.е. водогрейные котлы работают при постоянном расходе. Во избежание низкотемпературной коррозии на хвостовых поверхностях котла поддерживают температуру воды выше температуры точки росы. Температура точки росы при сжигании газа 54-57°С, при сжигании низкосернистого мазута 60°С, при сжигании высокосернистого – 90°С.

Выбор типа котельной проводится на основе технико-экономических расчётов. Количество и единичная мощность оборудования определяется по результатам тепловых схем потерь, при выборе оборудования следует стремиться к укрупнению единичной производительности.

В котельных отопительного назначения резервных котлов не устанавливают, в котельных промышленных и промышленно-отопительных вопрос о резервировании паровых котлов определяется требованиями внешних потребителей, если потребитель не допускает перерывов подачи пара, то в котельной устанавливают резервные паровые котлы.

Восполнение потерь воды в сети производится хим.очищенной водой, поэтому в котельной предусматривается хим.водоочистка 9 и деаэратор 6. Деаэратор вакуумного типа, давление в нём может быть от 0,07 до 0,6 кг/см 2 . Обычно деаэратор регулируется на давление 0,6 кг/см 2 . Деаэраторы могут работать с обогревом и без него. При работе без обогрева температура воды на входе в деаэратор должна быть на 5-10°С выше температуры насыщения по давлению в деаэраторе. При работе с обогревом температура воды на входе в деаэратор на 5-7°С ниже температуры насыщения по давлению в деаэраторе.

При этом нагрев хим.очищенной воды производится сетевой водой из котла, для нагрева воды до необходимой температуры перед деаэратором 6 устанавливается подогреватель хим.очищенной воды 4. Для нормальной работы водоочистки 9 температура перед ней должна быть 25-40°С, поэтому перед 9 вода должна быть нагрета горячей сетевой водой из котла 2 в водо-водяных подогревателях сырой воды 5. После водоочистки температура воды становиться на 5°С ниже температуры перед ней.

Рис. Тепловая схема водогрейной котельной. 1 – сетевой насос; 2 – водогрейные котлы; 3 – насос рециркуляции; 4 – подогреватель хим.очищенной воды; 5 – подогреватель сырой воды; 6 – деаэратор подпитки теплосети вакуумного типа; 7 – насос подпитки теплосети; 8 – насос сырой воды; 9 – хим.водоподготовка; 10 – охладитель выпара; 11 – эжектор водоструйный; 12 – расходный бак эжектора; 13 – эжекторный насос.

Сырая вода подаётся из магистрального водовода с помощью насоса сырой воды 8. После деаэратора 6 деаэрированная вода с помощью насоса подпитки теплосети 7 подаётся в обратную теп.сеть на всас сетевых насосов 1 на восполнение утечек воды в сети и поддержания давления в обратной магистрали.

Для утилизации тепла с выпаром деаэратора 6 устанавливается охладитель выпара 10, где пароводяная смесь отдаёт своё тепло хим.очищенной воде, которая поступает в деаэратор 6. Конденсат из охладителя выпара 10 откачивается с помощью водоструйного эжектора 11.

Для поддержания заданной температуры и расхода перед котлом делается узел рециркуляции с выходом котла на вход с помощью насоса рециркуляции 3.

Для поддержания постоянного расхода воды в котле и температуры на входе из котла предусматривается узел перепуска, т.е. часть воды проходит мимо котла.

1.1 Выбор вида теплоносителей

2. Выбор и обоснование системы теплоснабжения и ее состав

3. Построение графиков изменения подачи теплоты. Годовой запас условного топлива.

4. Выбор метода регулирования. Расчет температурного графика

4.1 Выбор метода регулирования отпуска теплоты

4.2 Расчет температур воды в отопительных системах с зависимым присоединением

4.2.1 Температура воды в подающей линии тепловой сети, о С

4.2.2 Температура воды на выходе из отопительной системы

4.2.3 Температура воды после смесительного устройства (элеватора)

4.3 Подрегулирование системы горячего водоснабжения

4.4 Расчет расхода воды из тепловой сети на вентиляцию и температуры воды после систем вентиляции

4.5 Определение расходов сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах водяной тепловой сети

4.5.1 Расход воды в системе отопления

4.5.2 Расход воды в системе вентиляции

4.5.3 Расход воды в системе ГВС.

4.5.4 Средневзвешенная температура в обратной линии тепловой сети.

5. Построение графиков расходов сетевой воды по объектам и в сумме

6. Выбор видва и способа прокладки тепловой сети

7. Гидравлический расчёт тепловой сети. Построение пьезометрического графика

7.1.Гидравлический расчет водяной тепловой сети

7.2 Гидравлический расчет разветвленных тепловых сетей

7.2.1 Расчет участка главной магистрали И – ТК

7.2.2 Расчет ответвления ТК – Ж1.

7.2.3 Расчет дроссельных шайб на ответвлениях тепловой сети

7.3 Построение пьезометрического графика

7.4 Выбор насосов

7.4.1 Выбор сетевого насоса

7.4.2 Выбор подпиточного насоса

8. Тепловой расчет тепловых сетей. Расчет толщины изоляционного слоя

8.1 Основные параметры сети

8.2 Расчёт толщины изоляционного слоя

8.3 Расчёт тепловых потерь

9. Тепловой и гидравлический расчёты паропровода

9.1 Гидравлический расчет паропровода

9.2 Расчёт толщины изоляционного слоя паропровода

10. Расчёт тепловой схемы источника теплоснабжения. Выбор основного и вспомогательного оборудования.

10.1 Таблица исходных данных

11. Выбор основного оборудования

11.1 Выбор паровых котлов

11.2 Выбор деаэраторов

11.3 Выбор питательных насосов

12. Тепловой расчёт подогревателей сетевой воды

12.1 Пароводяной подогреватель

12.2 Расчёт охладителя конденсата

13. Технико-экономические показатели системы теплоснабжения

Заключение

Список литературы

введение

Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор потребляют огромное количество теплоты на технологические нужды, вентиляцию, отопление и горячее водоснабжение. Тепловая энергия в виде пара и горячей воды вырабатывается теплоэлектроцентралями, производственными и районными отопительными котельными.

Перевод предприятий на полный хозяйственный расчет и самофинансирование, намечаемое повышение цен на топливо и переход многих предприятий на двух- и трехсменную работу требуют серьезной перестройки в проектировании и эксплуатации производственных и отопительных котельных.

Производственные и отопительные котельные должны обеспечить бесперебойное и качественное теплоснабжение предприятий и потребителей жилищно-коммунального сектора. Повышение надежности и экономичности теплоснабжения в значительной мере зависит от качества работы котлоагрегатов и рационально. спроектированной тепловой схемы котельной. Ведущими проектными институтами разработаны и совершенствуются рациональные тепловые схемы и типовые проекты производственных и отопительных котельных.

Целью данного курсового проекта является получение навыков и ознакомление с методиками расчёта теплоснабжения потребителей, в частном случае - расчёта теплоснабжения двух жилых районов и промышленного предприятия от источника теплоснабжения. Также поставлена цель – ознакомиться с существующими государственными стандартами, и строительными нормами и правилами, касающимися теплоснабжения, ознакомление с типовым оборудованием тепловых сетей и котельных.

В данном курсовом проекте будут построены графики изменения подачи теплоты каждому объекту, определён годовой запас условного топлива для теплоснабжения. Будет произведён расчёт и построены температурные графики, а также графики расходов сетевой воды по объектам и в сумме. Произведён гидравлический расчёт тепловых сетей, построен пьезометрический график, выбраны насосы, сделан тепловой расчёт тепловых сетей, рассчитана толщина изоляционного покрытия. Определён расход, давление и температура пара, вырабатываемого на источнике теплоснабжения. Выбрано основное оборудование, рассчитан подогреватель сетевой воды.

Проект носит учебный характер поэтому предусматривает расчёт тепловой схемы котельной только в максимально зимнем режиме. Остальные режимы тоже будут затронуты, но косвенно.

1. Выбор вида теплоносителей и их параметров

1.1 Выбор вида теплоносителей

Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения определяется техническими и экономическими соображениями и зависит главным образом от типа источника теплоты и вида тепловой нагрузки.

В нашем курсовом проекте три объекта теплоснабжения: промышленное предприятие и 2 жилых района.

Пользуясь рекомендациями , для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, систему теплоснабжения принимаем водяную. Это объясняется тем, что вода имеет ряд преимуществ по сравнению с паром, а именно:

а) более высокий КПД системы теплоснабжения вследствие отсутствия в абонентских установках потерь конденсата и пара, имеющих место в паровых системах;

б) повышенная аккумулирующая способность водяной системы.

Для промышленного предприятия в качестве единого теплоносителя для технологических процессов, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения применяем пар.

1.2 Выбор параметров теплоносителей

Параметры технологического пара определяются по требованиям потребителей и с учётом потерь давления и теплоты в тепловых сетях.

В связи с тем, что данных о гидравлических и тепловых потерях в сетях не имеется, исходя из опыта эксплуатации и проектирования, принимаем удельные потери давления и снижение температуры теплоносителя вследствие тепловых потерь в паропроводе соответственно

С учетом выше изложенного температура пара на входе потребителя составляет, 0 С:

Согласно давление насыщения пара при полученной температуре пара у потребителя

Давление пара на выходе источника с учетом принятых гидравлических потерь составит, МПа: