Роль котельной установки в системе производства электрической и тепловой энергии

Обновлено: 27.03.2024

Понятия со словосочетанием «котельная установка»

Транспортабельные (блочные) котельные установки ТКУ (БКУ) — это передвижные котельные установки полной заводской готовности, предназначенные для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения объектов производственного, жилищного и социального назначения. Котельные установки работают на природном газе, сжиженном газе, дизельном топливе, мазуте, нефти и твердом топливе (угле, дровах, пеллетах и т.д.). Все технологическое оборудование размещено в блоке заводского изготовления. Корпус котельной установки.

Коте́льная устано́вка — комплекс устройств для выработки пара или горячей воды. Котельные установки бывают отопительные, отопительно-производственные и производственные.Котельные соединяются с потребителями при помощи теплотрассы и/или паропроводов. Основным устройством котельной является паровой, жаротрубный и/или водогрейный котлы. Котельные используются при централизованном тепло- и пароснабжении или при местном снабжении, если эта котельная локального значения (в пределах частного дома, квартала.

Обмуровка (от лат. murus через польск. murovac — класть стену) — совокупность ограждений котлоагрегатной установки, печи, парового котла и т. п., подвергающихся воздействию высоких температур и отделяющих газоходы и топку от окружающего пространства. В паровых котлах назначением обмуровки является уменьшение теплопотерь (что увеличивает КПД котельной установки), придание нужного направления потоку дымовых газов, предотвращение попадания наружного воздуха в газоходы котла и т. д.На изготовление обмуровки.

Газотурбинная установка (ГТУ) — энергетическая установка: конструктивно объединённая совокупность газовой турбины, электрического генератора, газовоздушного тракта, системы управления и вспомогательных устройств (пусковое устройство, компрессор, теплообменный аппарат или котёл-утилизатор для подогрева сетевой воды для промышленного снабжения).

Сварочный преобразователь — установка, состоящая из сварочного генератора и приводного электродвигателя. Если в качестве приводной используется двигатель внутреннего сгорания, такая установка называется сварочным агрегатом.

Паротурби́нная устано́вка — это непрерывно действующий тепловой агрегат, рабочим телом которого является вода и водяной пар. Паротурбинная установка является механизмом для преобразования потенциальной энергии сжатого и нагретого до высокой температуры пара в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Включает в себя паровую турбину и вспомогательное оборудование. Паротурбинные установки используются на тепловых и атомных электростанциях для привода электрического генератора, входящего в состав.

Котёл отопительный — это устройство на основе закрытого сосуда, в котором теплоноситель (чаще всего вода или пар (паровой котёл)) нагревается до заданной температуры и служит для обеспечения потребителей теплом и (или) горячей водой.

Коэффициент теплофикации — отношение тепловой мощности теплофикационных отборов паровых турбин тепловых электрических станций к максимальной тепловой мощности источников тепла. Применение термина «коэффициент теплофикации» оправдано не только к паротурбинным тепловым электрическим станциям, но и также к газотурбинным и парогазовым тепловым электрическим станциям.

Теплова́я электроста́нция (или теплова́я электри́ческая ста́нция) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счёт преобразования химической энергии топлива в процессе сжигания в тепловую, а затем в механическую энергию вращения вала электрогенератора. В качестве топлива широко используются различные горючие ископаемые топлива: уголь, природный газ, реже — мазут, ранее — торф и горючие сланцы. Многие крупные тепловые станции вырабатывают лишь электричество — традиционно ГРЭС, в настоящее.

Конденсационная электростанция (КЭС) — тепловая электростанция, производящая только электрическую энергию, своим названием этот тип электростанций обязан особенностям принципа работы. Исторически получила наименование «ГРЭС» — государственная районная электростанция. С течением времени термин «ГРЭС» потерял свой первоначальный смысл («районная») и в современном понимании означает, как правило, конденсационную электростанцию (КЭС) большой мощности (тысячи МВт), работающую в объединённой энергосистеме.

Цементировочный комплекс — буровое оборудование, предназначенное для нагнетания жидких сред при цементировании скважин при бурении, опрессовочных работах, капитальном ремонте скважин. Также применяется для проведения других промывочно-продавочных работ в нефтяных и газовых скважинах.

Водогрейный котёл — котёл для нагрева воды под давлением. «Под давлением» обозначает, что кипение воды в котле не допускается: её давление во всех точках выше давления насыщения при достигаемой там температуре (практически всегда оно выше и атмосферного давления).

КВН-98/64 — паровой котёл, предназначенный для генерации перегретого пара при сжигании топлива (флотский мазут) в топке.

Тѐплоэлѐктроцентра́ль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов).

Газовое отопление — система отопления, в которой в качестве топлива используются горючие газы, а отопительные приборы для сжигания газа устанавливаются в обогреваемых помещениях. В систему газового отопления, кроме отопительных приборов (инфракрасных газовых излучателей, газовых каминов и др.), входят газопроводы, запорно-регулирующая арматура, автоматически действующие приборы безопасности пользования газом, устройства для отвода продуктов сгорания газа.

Гранульный (пеллетный) котёл (англ. Wood pellet boiler, Pellet stove) — отопительный котёл, в качестве топлива в котором используются древесные топливные гранулы (пеллеты), спрессованные на специальном прессе (грануляторе) из древесных стружек, древесных опилок и прочих остатков от деревообрабатывающей промышленности.

Парогазовая установка (англ. Combined Cycle Gas Turbine, CCGT) — электрогенерирующая станция, служащая для производства электроэнергии.

Теплогенератор — нагревательный аппарат, предназначенный для непосредственного получения нагретого теплоносителя в процессе сжигания различных видов топлива. Применяется для индивидуального отопления и горячего водоснабжения помещений или небольших зданий различного назначения.

Котёл газотрубный — паровой или водогрейный котёл, у которого поверхность нагрева состоит из трубок небольшого диаметра, внутри которых движутся горячие продукты сгорания топлива.Теплообмен происходит посредством нагрева теплоносителя (как правило, это вода или масло), который находится снаружи трубок.

Электротерми́я (от электро. и греч. thérme — жар, тепло) — область науки и техники, связанная с нагревом и расплавлением материалов теплом, выделяющимся при протекании по проводникам электрического тока.

Энергопо́езд — передвижная электростанция, представляющая собой поезд, вагоны или платформы которого снабжены соответствующим оборудованием. Бывают дизельные, газотурбинные и паротурбинные энергопоезда. Установленная мощность как правило не превышает 10 МВт. Обычно вырабатывают только электрическую энергию, некоторые также и тепловую. В основном включает вагоны или платформы с оборудованием, цистерны с горючим, пассажирский вагон для обслуживающего персонала (8—20 человек).

Ко́ксовая батаре́я — специальный металлургический агрегат для изготовления кокса — топлива для доменного производства чугуна.

Газоди́зельный дви́гатель — двигатель внутреннего сгорания, сконструированный на основе дизельного двигателя (или переделанный из дизельного двигателя), топливом в котором является природный газ (метан) или сжиженные углеводородные газы (пропан—бутан).

Сва́рочный агрега́т — передвижная электростанция, вырабатывающая электрический ток для электродуговой сварки или резки.

Мини-ТЭЦ (малая теплоэлектроцентраль) — теплосиловые установки, служащие для совместного производства электрической и тепловой энергии в агрегатах единичной мощностью до 25 МВт, независимо от вида оборудования. В настоящее время нашли широкое применение в зарубежной и отечественной теплоэнергетике следующие установки: противодавленческие паровые турбины, конденсационные паровые турбины с отбором пара, газотурбинные установки с водяной или паровой утилизацией тепловой энергии, газопоршневые, газодизельные.

Парова́я турби́на — тепловой двигатель, в котором энергия пара преобразуется в механическую работу.

Холодильная установка может состоять из одной или нескольких холодильных машин, укомплектованных вспомогательным оборудованием: системой энерго- и водоснабжения, контрольно-измерительными приборами, приборами регулирования и управления, а также системой теплообмена с охлаждаемым объектом. Холодильная установка может быть установлена в помещении, на открытом воздухе, на транспорте и в различных устройствах, в которых необходимо поддерживать заданную пониженную температуру и удалять излишнюю влажность.

Угольные горелки — установка, в которых пылевидный уголь сгорает в течение короткого времени и дает высокую температуру, широко используются в промышленности.

Газовый котёл — устройство для получения тепловой энергии в целях, главным образом, отопления помещений (объектов) различного назначения, нагрева воды для хозяйственных и иных целей, путём сгорания газообразного топлива. Газообразным топливом для газовых котлов чаще всего является природный газ — метан или пропан-бутан. На сегодняшний день во многих регионах природный газ является наиболее дешевым видом топлива.

В этой статье не рассматриваются атомные реакторы и парогенераторы АЭС.Котёл — конструктивно объединенный в одно целое комплекс устройств для передачи некоторому теплоносителю тепловой энергии за счёт сжигания топлива, при протекании технологического процесса или преобразовании электрической энергии в тепловую.

Печь трубчатая блочная ПТБ — печь для подогрева жидкости, путём рекуперации между теплообменниками горячих отработанных газов, полученных при сжигании нефти, природного или попутного газа.

Турбонасосный агрегат (сокращённо — ТНА) — агрегат системы подачи жидких компонентов ракетного топлива или рабочего тела в жидкостном ракетном двигателе или жидкого топлива в некоторых авиационных двигателях (например, в прямоточном воздушно-реактивном двигателе).Турбонасосный агрегат состоит из одного или нескольких насосов, приводимых от газовой турбины (парогазовой). Рабочее тело турбины обычно образуется в газогенераторах или парогазогенераторах. Жидкостные ракетные двигатели с турбонасосным.

Холодильный агрегат - это составная часть холодильной установки, содержащая компрессор, нагнетательный трубопровод, конденсатор вместе с приводом компрессора (обычно это электродвигатель), часто объединяют в один компактный агрегат.

Турбоагрегат — агрегат, объединяющий в своём составе турбину (паровую, газовую или гидротурбину) и приводимый ею электрогенератор, как отдельные законченные устройства, вместе с их вспомогательными системами (возбуждения генератора, водяного и водородного охлаждения генератора , маслосистема подшипников турбины). Является одним из объектов основного оборудования электростанции.

Газовый радиатор (также газовый конвектор) — отопительный прибор, использующийся для отопления жилых и технических помещений.

Компрессорная станция — стационарная или подвижная (другое наименование — передвижная или самоходная) установка, предназначенная для получения сжатых газов. Получаемый сжатый газ или воздух может использоваться как энергоноситель (для пневматического инструмента), сырье (получение отдельных газов из воздуха), криоагент (азот).

Трёхколлекторный паровой котёл (англ. Three-drum boiler) — разновидность водотрубных паровых котлов, нашли широкое применение в судовых энергетических установок кораблей и судов с конца XIX века. Благодаря небольшим размерам и значительной мощности они были распространены при строительстве кораблей в XIX—XX веках.

Паровой котёл — котёл, предназначенный для генерации насыщенного или перегретого пара. Может использовать энергию топлива, сжигаемого в своей топке, электрическую энергию (электрический паровой котёл) или утилизировать теплоту, выделяющуюся в других установках (котлы-утилизаторы).

Судовая энергетическая установка — комплекс машин, механизмов, теплообменных аппаратов, источников энергии, устройств и трубопроводов — предназначенных для обеспечения движения судна, а также снабжения энергией различных его механизмов.

Тепловая пушка — передвижной воздухонагреватель для помещений большой ёмкости (строительных объектов, гаражей, торговых залов).

Паросепара́тор (сепаратор пара, паросушитель) — устройство для отделения капельной влаги от водяного пара (паросушения). Пар, не содержащий влаги, называют сухим, содержащий влагу — влажным или перенасыщенным.

Котёл-утилиза́тор — котёл, использующий (утилизирующий) теплоту отходящих газов различных технологических установок — дизельных или газотурбинных установок, обжиговых и сушильных барабанных печей, вращающихся и туннельных технологических печей, мартеновских печей, установок крекинга.

Твердото́пливный котёл — отопительное устройство, выполненное из стали или чугуна, которое выделяет тепловую энергию в процессе горения твёрдого топлива. В бытовых моделях подача топлива осуществляется в ручном режиме, в промышленных вариантах осуществляется автоматическая подача топлива и извлечение золы. Используется чаще всего как резервный или в местах, где нет газопровода.

Брике́тный пресс (англ. briquetting press) — машина, предназначенная для брикетирования угля, отходов металлургии и ферросплавов, путём окускования материала в замкнутом пространстве под воздействием механических усилий (давления).

Энергоблок — почти автономная часть атомной или неядерной тепловой электрической станции, представляющая собой технологический комплекс для производства электроэнергии, включающий различное оборудование, например, паровой котёл или ядерный реактор, турбину, турбогенератор, повышающий трансформатор, вспомогательное тепломеханическое и электрическое оборудование, паропроводы и трубопроводы питательной воды и другое.

Механи́ческий углепода́тчик (сто́кер) — механизм автоматической подачи угля из бункера тендера в топку котла паровоза и равномерного распределения его в топке.

Прикладная аэродинамика связана с техническими применениями теоретической и экспериментной аэродинамики к теории самолёта, воздушных винтов, газовых турбин компрессоров, реактивных двигателей и тому подобное. Качество этих аппаратов в значительной мере зависит от состояния аеродинамического расчёта.

Циркуляционный нагреватель — теплообменный аппарат проточного типа, как правило, встроенный в замкнутый контур с теплоносителем, либо работающий как проточный нагреватель.

Котельные установки XXI века: перспективы развития

Оборудование и технологии К.т. н. Игорь ДУБРОВИН, к.т. н. Евгений ДУБРОВИН 4676

Котельные установки XXI века: перспективы развития

С последней четверти XX века котельные энергетические установки утратили свое первенство в качестве основных топливосжигающих комплексов. Их стали замещать дизельные и газотурбинные энергоустановки.

О требованиях XXI века к котлу

XXI в. будет не только веком экономии и рационального использования ресурсов, но и веком значительного повышения экологической чистоты теплоэнергетических объектов.

Главными требованиями к котло­агрегатам в XXI веке становятся максимальная экономичность, высокая экологическая безопасность и многотопливность, то есть способность надежно и экономно функционировать на всех видах углеводородного топлива (угле, мазуте, дизтопливе, биотопливе, сланцевом мазуте и природном газе) и горючих на их основе (топливных смесях, суспензиях, эмульсиях и нефтеотходах), не загрязняя при этом окружающую среду.

Напомним, что действующие в России санитарные нормы и правила (СНиПы) предусматривают работу стационарных котельных установок только на двух видах топлива – основном (например, природном газе) и резервном (мазуте или угле), то есть отопление котлов только двумя видами топлива закреплено в нашей стране нормативными актами.

Одним из направлений дальнейшего совершенствования котлов в XXI в. может стать развитие и улучшение таких затребованных эксплуатационных свойств, как «экологичность», «экономичность» и «многотопливность».

Экологичность котельных установок

Хорошо известно, что ресурсы, неиспользованные по прямому назначению, или их избыток, не участвующий в технологических процессах, рано или поздно становятся отходами и загрязняют окружающую среду. Очевидно, что более рациональное использование ресурсов повышает экологичность топливосжигающей установки и одновременно повышает экономичность работы установки, поэтому экологичность котельных установок непосредственно связана с их экономичностью или, говоря другими словами, экологичность и экономичность являются «двумя сторонами одной медали».

Не последняя роль в обеспечении экологической чистоты котельного комплекса принадлежит организации сгорания углеводородного топлива в топке котла, которая, в свою очередь, определяется не только видом сжигаемого топлива и технологией его подготовки к процессу горения, но и конструктивным исполнением топливной и воздухоподающей систем котельного комплекса, обеспечивающим качественно-количественные характеристики компонентов и их соотношение в подаваемой на горение горючей смеси, степень равномерного распределения топлива по объему воздуха, параметры топочного факела (длина, ширина, объем, светимость и др.) и, в конечном итоге, полноту и качество процесса сгорания.

Экономичность котельных установок

В качестве показателей экономичности энергоустановок используется расход ресурса (топлива, воздуха или воды), затраченный на получение единицы энергии, отнесенный ко времени или к количеству выработанной энергии.

Повышение экономичности энергоустановок достигается и за счет внедрения усовершенствованных технологий подготовки ресурсов, их более рационального использования, высокой технической культуры обслуживающего персонала, своевременного устранения возникающих в процессе эксплуатации замечаний.

Очевидно, что экологичность и экономичность котельных установок можно улучшить путем совершенствования их топливной и воздухоподающей систем, на основе реализации новых технологических процессов подготовки воздуха, топлива, приготовления горючей смеси и ее подачи в топку котла на сжигание.

Многотопливность котлов

Сегодня многотопливность котлов обеспечивается оборудованием их несколькими топливными системами, каждая из которых подает только один вид горючего, на котором должна работать котельная установка. Обслуживающие котельную установку системы, такие, как система подачи воздуха, топливная система, трубная система (или поверхности нагрева), конструктивно приспособлены для сжигания всех используемых углеводородных топлив с различной теплотворной способностью.

СНиПы предписывают котельным установкам иметь не менее двух топливных систем, одна из которых – основная, а вторая – резервная. Однако в настоящее время это требование руководящих документов во многих случаях не выполняется, поскольку даже поддержание в состоянии немедленного пуска, а тем более в горячем резерве второй топливной системы экономически невыгодно, особенно для собственников частных котельных по причине снижения количества продаваемого товара (горячей воды или пара), поскольку его часть идет на обеспечение горячего резерва или пускового режима второй топливной системы котла.

При этом в настоящее время за рубежом (например, в Великобритании) эксплуатируются многотопливные паровые котлы, которые могут отапливаться пятью видами горючего: углем, тяжелым топливом, биотопливом, природным газом и нефтяными отходами.

Каждый вид топлива, как известно, обладает своей теплотворной способностью, поэтому теплонапряженность топочного объема котла, а следовательно, и теплопередача при его отоплении горючими с разной калорийностью неодинакова, что неизменно приводит к выработке пара (воды) с различными параметрами. Так, например, при работе котла на дизтопливе температура вырабатываемого пара (воды) будет выше, чем при отоплении того же котла мазутом. При отоплении котла топливом с низкой теплотой сгорания в действие вводятся дополнительные поверхности нагрева – хвостовые трубные системы котла, которые отключены при сжигании в котле топлива с высокой калорийностью; в то же время при переходе к работе котла на более калорийном топливе дополнительные трубные системы отключаются. Включение и выключение дополнительных трубных систем (поверхностей нагрева) котла позволяет регулировать (увеличивать или уменьшать) количество снимаемого с поверхностей нагрева тепла, обеспечивая при этом наиболее полное использование выделяемой при горении энергии котельного топлива, исходя из его фактической теплотворной способности.

Паровой котел с самовсасывающим воздушно-топливным насосом-распылителем вместо горелки

Основной же недостаток всех без исключения эксплуатируемых сегодня многотопливных котлов – это наличие у них нескольких (например, в России, соответственно, двух, а в Великобритании – пяти) отдельных для подготовки и подачи каждого вида горючего топливных систем, которые нуждаются в техническом обслуживании и поддержание в работоспособном состоянии независимо от их практического использования.

О топливно­воздушной смеси

Не секрет, что вот уже более 170 лет в котлах сжигается топливовоздушная горючая смесь, которая практически без изменений прошла за указанное время путь от угольно-воздушной через мазутно-воздушную и дизтопливно-воздушную до газо-воздушной.

Основные недостатки топливовоздушной горючей смеси – первичность топлива и вторичность воздуха при ее приготовлении, а также невозможность получить оптимальное соотношение горючего и окислителя в ней. Это значит, что основой топливовоздушной горючей смеси является топливо, давлением (расходом) которого изменяют (увеличивают или уменьшают) режимы работы котла, а воздух при этом выполняет вторичную роль. Горючая (топливовоздушная) смесь в настоящее время готовится непосредственно в топке котла перед зоной горения, что неизменно приводит к приготовлению обедненной и обогащенной смеси со всеми вытекающими последствиями. В начале зоны горения, как известно, приготавливается обедненная (с преобладанием воздуха) горючая смесь, а в конце зоны горения – обогащенная (с преобладанием топлива) горючая смесь, и, как следствие, в атмосферу в составе дымовых уходящих газов выбрасываются продукты пиролиза (бескислородного горения топлива), что приводит к загрязнению окружающей среды.

В любом случае работа котла на топливовоздушной горючей смеси всегда приводит к перерасходу топлива, а значит, к снижению экологической чистоты (безопасности) установки в целом.

Так, при сжигании обедненной топливно-воздушной горючей смеси атмосферный воздух, доставленный в топку сверх нормы, мгновенно нагревается и перегревается, на что затрачивается дополнительное топливо, являющееся в данном случае «лишним», количество которого может достигать до 15 % от расхода топлива на котел. Очевидно, что избытки воздуха и «лишнее» топливо – это взаимосвязанный между собой прямой перерасход потребляемых ресурсов: большему коэффициенту расхода воздуха соответствует больший перерасход топлива, и наоборот.

Сжигание обогащенной топливно-воздушной горючей смеси сопровождается нехваткой атмосферного воздуха, необходимого для полного окисления топлива, что приводит к разложению углеводородов топлива без кислорода при высокой температуре и, как следствие, к выбросу продуктов пиролиза (термически преобразованных углеводородов) в атмосферу. Очевидно, что наличие в дымовых уходящих газах пусть термически преобразованных, но все же углеводородов также можно смело отнести к перерасходу исходного топлива.

Как устранить недостаток существующих котлов

Очевидно, что оснащение котлов несколькими отдельными топливоподающими системами со своими механизмами и устройствами значительно усложняет не только конструкцию всей котельной установки, но и затрудняет процесс эксплуатации и технического обслуживания котельного комплекса в целом.
Известно, что в процессе приготовления используемой в настоящее время горючей смеси участвуют две системы котла: топливоподающая и воздухоподающая, конструкции которых способны приготавливать сегодня только топливно-воздушную горючую смесь.

Авторы, основываясь на результатах своих многочисленных работ, убеждены, что для улучшения экологической чистоты, повышения экономичности и обеспечения многотопливности котельной установки необходимо приготавливать на основе всех углеводородных топлив и сжигать воздушно-топливную горючую смесь оптимального состава (11 кг воздуха на 1 кг топлива), но, к сожалению, традиционные топливоподающая и воздухоподающая системы, используемые в настоящее время на котлах, нес пособны ее приготавливать. Это значит, что на существующих энергетических установках невозможно достичь наибольшей экономичности, высокой экологической чистоты и многотопливности. Что же делать? Авторы нашли решение этой проблемы – это замена топливной и воздухоподающей (двух) систем котла на единую (объединенную) воздушно-топливную систему, которая функционирует на других физических принципах. Работа объединенной воздушно-топливной системы принципиально отличается от работы существующих сегодня топливоподающей и воздухоподающей систем.

Очевидно, что замена двух систем котла (топливной и воздухоподающей) на одну (объединенную воздушно-топливную) систему упрощает конструкцию котельного комплекса, а значит, процесс его эксплуатации и технического обслуживания в целом.

Об объединенной системе

Объединенная топливно-воздушная система котла включает вентилятор (при газовом отоплении) или компрессор (при отоплении жидким топливом и угольной пылью), трубопровод подачи воздуха, самовсасывающий воздушно-топливный насос-распылитель, топливный расходный бак, всасывающий трубопровод с приемным фильтром.
Из традиционной топливной системы котла в новую систему перешли только всасывающий трубопровод с приемным фильтром и расходный бак, остальные элементы новые.

Функции топливного насоса в объединенной воздушно-топливной системе выполняет самовсасывающий воздушно-топливный насос-распылитель, который работает на перепаде давления воздуха, подаваемого от вентилятора или компрессора, и приготавливает воздушно-топливную смесь. Для повышения экологической безопасности / чистоты котельного агрегата приготовление горючей смеси происходит до топки котла. Приготовленная горючая смесь через выходной патрубок (насоса-распылителя), вставленного в топку котла, в виде распыленной мелкодисперсной струи распыляется в зону горения (во внутренний объем топки), где и сгорает.

Самовсасывающий воздушно-топливный насос-распылитель не имеет ни механического привода от двигателя, ни вращающихся и движущихся частей, поэтому не требует смазки и охлаждения, связан с компрессором (вентилятором) только по воздуху, а с двигателем – по приготавливаемой воздушно-топливной смеси.

Компрессор (или вентилятор) приводится во вращение от автономного привода и всасывает из атмосферы воздух, который сжимается и по трубопроводу нагнетается во внутреннюю полость насоса-распылителя. Сжатый воздух с требуемыми рабочими параметрами (расходом и давлением) проходит через насос-распылитель, в приемной полости которого создается разрежение, достаточное для самовсасывания из расходного бака необходимого количества топлива для приготовления горючей смеси. Далее готовая воздушно-топливная смесь распыляется во внутренний объем топки (в зону горения), где и сгорает.

Котел, в котором используется единая система, вводится в работу следующим образом. Включается компрессор (вентилятор – при газовом отоплении) и воздух из него подается во самовсасывающий воздушно-топливный насос-распылитель, из которого поступает в топку котла на ее вентиляцию. При увеличении оборотов компрессора (вентилятора) повышаются расход и давление воздуха, поступающего в воздушно-топливный насос-распылитель. По достижении рабочих характеристик (давления и расхода воздуха) перед самовсасывающим воздушно-топливным насосом-распылителем начинается всасывание топлива (газа) из расходной емкости (газопровода) и приготовление воздушно-топливной горючей смеси, которая поступает в топку котла, где ее зажигают.

Во время работы котла количество всасываемого из расходного бака (газопровода) топлива регулируется изменением давления воздуха на насос-распылитель. Переход работы котла с одного режима работы на другой производится изменением (повышением или снижением) параметров рабочего воздуха перед насосом-распылителем.

Вывод котла из действия осуществляется путем стравливания воздуха перед насосом-распылителем. В этом случае количество подаваемого в котел топлива сначала снижается, а затем, при падении параметров воздуха перед насосом-распылителем ниже рабочих значений, вообще прекращается. В процессе снижения давления воздуха перед насосом-распылителем с рабочего значения до нуля происходит вентиляция топочного объема.
Объединенная воздушно-топливная система способна приготавливать горючую смесь на основе всех жидких углеводородных топлив без замены насоса-распылителя. Замена насоса-распылителя потребуется при отоплении котла газом и пылеобразным угольным топливом. Это значит, что одна объединенная воздушно-топливная система в состоянии заменить несколько топливных систем, предназначенных для подачи и подготовки разных видов горючих.

Что сделано

Авторами разработана схема, выбран состав элементов и рассчитаны технические показатели объединенной системы с самовсасывающим воздушно-топливным насосом – распылителем для котла, определены оптимальные соотношения воздуха и топлива на различных режимах работы котла, выявлено необходимое давление воздуха для приготовления воздушно-топливной горючей смеси оптимального состава.

После расчета системы и ее элементов проведены натурная проверка предлагаемой технологии, в которой в качестве рабочей среды использовался сжатый воздух, а подсасываемой средой служила вода. Ее результаты подтвердили практическую реализуемость, работоспособность предлагаемой технологии и правильность расчетов единой воздушно-топливной системы.

В 2007 г. объединенная система прошла испытания на стенде и показала снижение расхода жидкого топлива на 15 %, затем в течение года прошла опытную эксплуатацию на топливосжигающей установке одного из предприятий Якутии, и с 2008 г. по настоящее время находится в эксплуатации.

Необходимо отметить, что объединенная воздушно-топливная система после доработки некоторых элементов может быть использована практически на всех существующих сегодня топливосжигающих установках.
Сравнение рабочих показателей традиционных топливной и воздушной систем и объединенной воздушно-топливной системы котельных установок представлено в таблице.

tab1.jpg

Выводы

Перерасход топлива приводит к увеличению объема сбрасываемых из работающих котельных энергетических установок в воздушный бассейн газообразных продуктов сгорания – экологически вредных газов, что является признаком неудовлетворительной организации процесса сжигания углеводородного топлива в них. Именно поэтому в настоящее время приоритетной задачей специалистов должно стать одновременное повышение экологической чистоты, улучшение экономичности работы и обеспечение максимально возможной многотопливности котельных энергетических установок. Одним из направлений решения в данной области может стать, например, перевод работы котельных установок на технологию сжигания воздушно-топливной горючей смеси оптимального состава, что, по сравнению с сегодняшним использованием воздушно-топливной смеси, позволит снизить загрязнение атмосферы более чем на 6,0‑15 % и на столько же повысить экономичность работы котлов.

Безусловно, разработка и внедрение новых технологий повышения экологической чистоты и экономичности работы энергетических установок довольно затратное и трудоемкое дело, однако научно-техническое развитие современной теплоэнергетики не должно стоять на месте.

Лекция №6. Котельные установки. Назначение и классификация

Котельная установкапредставляет собой сложное техническое сооружение и состоит из котла и вспомогательного котельного оборудования, размещенного в помещении котельной или вне ее границ и предназначенного для производства пара с необходимыми параметрами или для подогрева горячей воды, или того и другого одновременно.

В состав котла входят: топка, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, обмуровка, каркас с лестницами и площадками, а также арматура и гарнитура.

К вспомогательному оборудованию относятся: тягодутьевые и питательные устройства, оборудование водоподготовки, топливоподачи, а также контрольно-измерительные приборы и системы автоматизации.

Котельные установки можно классифицировать по многим параметрам:

1. По типу расположения:

- Встроенные в здания другого назначения;

- Пристроенные к зданиям другого назначения;

- Рамные на поддонах.

2. По типу используемого топлива:

- Жидкотопливные (мазут, дизельное топливо, отработанное масло);

- Твердотопливные (дрова, кокс, бурый и каменный уголь, брикеты);

3. По типу устанавливаемых котлов:

- Диатермические. (Состоят из системы труб с радиаторами, а также котла, в котором и нагревается теплоноситель. Отличие же здесь в том, что выступает теплоносителем в диатермической системе, а таковым является синтетическое и минеральное масло. То есть вместо воды или пара по отопительным трубам и радиаторам прокачивается масло).

4. По назначению тепловой нагрузки:

- Отопительные (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение);

- Производственные (пар и/или горячая вода для технологических потребителей);

- Смешанные (обеспечение и отопительной и производственной функции).

5. По категории надежности отпуска тепла:

- Первой категории — котельные, являющиеся единственным источником тепла потребителей первой категории (не допускающих перерывов в подаче расчетного количества теплоты);

- Второй категории — котельные, предназначенные для потребителей, допускающих снижение отпуска тепла на период ремонта, но не более 54 часов;

- Третья категория - все остальные потребители.

Паровым котломназывается устройство, в котором для получения пара или нагревания воды с давлением выше атмосферного, используемых вне пределов устройства, применяется тепло, выделяемое при сжигании топлива, а также тепло отходящих газов.

Водогрейным котлом называется устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для нагревания воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне самого устройства.

По маркировке паровые стационарные котлы в соответствии со схемой циркуляции в них теплоносителя имеют следующие буквенные обозначения:

Е - с естественной циркуляцией;

Еп - с естественной циркуляцией и промежуточным перегревом пара;

ПР - с многократной принудительной циркуляцией;

П - прямоточный;

Пп - прямоточный с промежуточным перегревом пара;

Кп- с комбинированной циркуляцией и промежуточным перегревом пара.

К обозначению котла цифрами добавляют:

- абсолютное давление, кгс/см2;

-индекс топки буквами (Г - газ, М - мазут), если топка под наддувом - буква н.

- температуру перегрева пара показывают цифрами в скобках.

Например: Е-10-14Г; Е-25-14ГМ; Еп-16-14ГМ (250).

КВ –обозначают водогрейные котлы теплопроизводительностью 4-180 Гкал/ч.

К обозначению добавляют:

- вид сжигаемого топлива - буквами;

- теплопроизводительность, Гкал/ч (МВт) - цифрами;

- температуру нагретой воды, °С - цифрами.

Например: КВ-Г-6,5-150; КВ-ГМ-10-150.

Современные котельные агрегаты, применяемые в энергетике, являются очень сложными установками, имеющими большие размеры (высота их достигает 35-50 метров). Управление работой таких котлоагрегатов автоматизировано. При этом автоматически поддерживаются в заданных пределах параметры пара, производительность, расход топлива и воздух, уровень воды в барабане котлоагрегата и т.д.




Вопросы для закрепления темы:

1. Что такое «котельная установка»?

2. Как классифицируются котельные установки по назначению тепловой нагрузки?

Котельные установки

Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в тепло нагретых газов.

Питательные устройства (насосы, инжекторы) предназначены для подачи воды в котел.

Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газовоздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку и движение продуктов сгорания по газоходам котла, а также удаление их в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностью нагрева, передают теплоту воде.

Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные элементы: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подогрева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, для очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной.

В зависимости от использования их теплоты котельные делятся на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.

Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс электрической станции. Отопительно-производственные котельные бывают на промышленных предприятиях и обеспечивают теплотой системы отопления и вентиляции, горячего водоснабжения зданий и технологические процессы производства. Отопительные котельные решают те же задачи, но обслуживают жилые и общественные здания. Они делятся на отдельно стоящие, сблокированные, т.е. примыкающие к другим зданиям, и встроенные в здания. В последнее время все чаще строят отдельно стоящие укрупненные котельные с расчетом на обслуживание группы зданий, жилого квартала, микрорайона.

Устройство встроенных в жилые и общественные здания котельных в настоящее время допускается только при соответствующем обосновании и согласовании с органами санитарного надзора.

Котельные малой мощности (индивидуальные и небольшие групповые) обычно состоят из котлов, циркуляционных и подпиточных насосов и тягодутьевых устройств. В зависимости от этого оборудования в основном определяются размеры помещений котельной.

Классификация котельных установок

Котельные установки в зависимости от характера потребителей разделяются на энергетические, производственно-отопительные и отопительные. По виду получаемого теплоносителя их делят на паровые (для выработки пара) и водогрейные (для выработки горячей воды).

Энергетические котельные установки вырабатывают пар для паровых турбин на тепловых электростанциях. Такие котельные оборудуют, как правило, котлоагрегатами большой и средней мощности, которые вырабатывают пар повышенных параметров.

Производственно-отопительные котельные установки (обычно паровые) вырабатывают пар не только для производственных нужд, но и для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Отопительные котельные установки (в основном водогрейные, но они могут быть и паровыми) предназначены для обслуживания систем отопления производственных и жилых помещений.

В зависимости от масштаба теплоснабжения отопительные котельные бывают местные (индивидуальные), групповые и районные.

Местные котельные обычно оборудуют водогрейными котлами с нагревом воды до температуры не более 115 °С или паровыми котлами с рабочим давлением до 70 кПа. Такие котельные предназначены для снабжения теплотой одного или нескольких зданий.

Групповые котельные установки обеспечивают теплотой группы зданий, жилые кварталы или небольшие микрорайоны. Их оборудуют как паровыми, так и водогрейными котлами большей теплопроизводительности, чем котлы для местных котельных. Эти котельные обычно размещают в специально сооруженных отдельных зданиях.

Районные отопительные котельные служат для теплоснабжения крупных жилых массивов: их оборудуют сравнительно мощными водогрейными или паровыми котлами.

Читайте также: