Тягой в котельном агрегате называется
Обновлено: 05.07.2024
Что из себя представляют водогрейные котлы: общие сведения, классификация
Котел – это устройство, предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного или горячей воды за счет тепла, выделяемого при сжигании топлива. Основными элементами котла являются топка и теплообменные поверхности.
Специальное устройство котла, в котором происходит сжигание топлива, называется топкой или топочной камерой. Некоторые типы котлов, например котлы-утилизаторы, не имеют топки. В этом случае получение пара или подогрев воды осуществляются за счет теплоты горячих газов, образующихся при каком-либо технологическом процессе. Газовый тракт котла, т.е. та часть котла, по которой движутся продукты сгорания, разделен на отдельные газоходы. Взаимное расположение газоходов, определяющее траекторию движения продуктов сгорания и расположение поверхностей нагрева, называется компоновкой. Наиболее распространенными в настоящее время являются П-образная, Т-образная и башенная компоновки. Можно выделить и конвективные газоходы, по которым движутся уже относительно холодные газы.
В котел подается вода, которая называется питательной. Питательная вода в котле нагревается, а затем превращается в насыщенный или перегретый пар требуемых параметров. Под параметрами пара подразумеваются его давление и температура. Основным потребителем водяного пара, вырабатываемого в котельных установках, являются паросиловые установки, а также он может использоваться для технологических нужд.
Преобразование питательной воды в пар происходит в поверхностях нагрева котла. К поверхностям нагрева котла относятся испарительные, пароперегревательные и экономайзерные поверхности. Испарительные поверхности нагрева обычно располагаются в топке котла или непосредственно за ней. В них вода нагревается до температуры насыщения и образуется так называемая пароводяная смесь. Пароперегреватели предназначены для получения перегретого пара.
Они располагаются за топочной камерой. Экономайзерные поверхности нагрева предназначены для предварительного подогрева питательной воды за счет теплоты уходящих из котла продуктов сгорания. Теплообменные поверхности котла конструктивно могут разделяться на отдельные секции или «пакеты».
К основным элементам котла относятся также барабаны, воздухоподогреватели, горелочные устройства, устройства для регулирования температуры перегрева пара. Барабаны котлов предназначены для отделения насыщенного пара от воды, удаления из него избыточной влаги, а также как устройство, в котором аккумулируется количество воды, необходимое для надежной работы котла. Воздухоподогреватели котла – это поверхности нагрева, в которых происходит предварительный подогрев воздуха, поступающего в топку и необходимого для сжигания топлива. Горелочные устройства – это устройства для сжигания топлива в топке котла. Горелочные устройства современных котлов в первую очередь обеспечивают наиболее эффективное сгорание топлива с точки зрения химических процессов и снижение количества вредных веществ, образующихся в процессе горения и выбрасываемых в атмосферу. К устройствам регулирования температуры перегрева пара относятся теплообменники различных типов и впрыскивающие пароохладители.
Для обеспечения работы современные котлы оснащаются в спомогательным оборудованием, к которому относятся дутьевые вентиляторы, дымососы, золоулавливающее оборудование, оборудование по подготовке топлива и т.п. Совокупность котла и вспомогательного оборудования называется котельной установкой.
Одним из важных элементов котла является каркас, предназначенный для размещения и крепления всех его элементов. Он изготавливается из металлоконструкций и опирается на фундамент или элементы здания.
Для обеспечения безопасности работы персонала, а также для снижения потерь теплоты в окружающую среду на котле предусмотрена обмуровка и тепловая изоляция.
Строй-справка.ру
Для нормальной работы котлоагрегата необходимо непрерывно подводить в топку воздух определенного объема и отводить по газоходам в атмосферу образующиеся газообразные продукты сгорания.
Внешняя побудительная сила, заставляющая воздух проникать в топку, а образовавшиеся газообразные продукты сгорания совершать движение по газоходам котлоагрегата и удаляться по дымовой трубе в атмосферу, называется силой тяги. Отношение силы тяги к площади сечения дымовой трубы называется тягой.
Различают естественную тягу, создаваемую дымовой трубой, и искусственную, создаваемую дымососом или паровым эжектором.
Действие дымовой трубы основано на законе сообщающихся сосудов. Столб атмосферного воздуха, давящий слева на колосниковую решетку, топочная камера, газоходы котла и дымовая труба представляют систему сообщающихся сосудов. Пока температура воздуха в котельной и в дымовой трубе одинакова, в этой системе будет соблюдаться равновесие, так как столб наружного воздуха слева и столб воздуха, заполняющего дымовую трубу справа, будут иметь одинаковый вес (силу тяжести) и уравновешивать друг друга.
Рис. 1. Схема установки простого тягомера
Для измерения тяги применяют специальные приборы — тягомеры.
Тягомеры бывают разных конструкций. На рис. 1 изображен простой жидкостный тягомер, состоящий из изогнутой в виде колена стеклянной трубки, заполненной до середины своей высоты жидкостью (водой или ртутью).
При открытых концах трубки жидкость будет находиться в обоих коленах на одном и том же уровне, так как давление на оба колена одинаково. Если же один конец тягомера оставить открытым, а другой завести в газоход котлоагрегата, например, у основания дымовой трубы перед дымовой заслонкой, то жидкость в открытом колене опустится, а в колене, присоединенном к газоходу котлоагрегата, поднимется. Это объясняется тем, что на левое открытое колено оказывает давление атмосферный воздух, а на правое колено — газообразные продукты сгорания, находящиеся под давлением, несколько меньшим атмосферного (так как они потеряли часть своего давления при движении по газоходам котлоагрегата).
Выступающий столбик жидкости в правом колене, присоединенном к газоходу котлоагрегата, уравнивает в тягомере давления газообразных продуктов сгорания и атмосферного воздуха. Разница столбиков жидкости в обоих коленах тягомера указывает на разрежение или тягу в измеряемом месте.
Отсчет ведут в паскалях (Па) или в прежних единицах — миллиметрах водяного столба (мм вод. ст.) по прикрепленной к тягомеру шкале.
Предположим, что в борове у основания дымовой трубы отсчет по тягомеру показал 100 Па (или 10 мм вод. ст.). Это означает, что давление газообразных продуктов сгорания у основания дымовой трубы на 100 Па (10 мм вод. ст.) меньше атмосферного. Эта разность давлений, создаваемая дымовой трубой, и является побудительной силой, заставляющей воздух поступать в топку, а газообразные продукты сгорания двигаться от топки к дымовой трубе.
Имея показания тягомера в двух точках газового тракта, можно по их разности определить сопротивление движению газов между этими измеряемыми точками. Например, если показание тягомера, т. е. разрежение перед водяным экономайзером, равно 300 Па (30 мм вод. ст.), а после него 480 Па (48 мм вод. ст.), то газовое сопротивление водяного экономайзера равно 480—300 Па = 180 Па (18 мм вод. ст.).
Разрежение увеличивается по мере удаления от топочной камеры, где оно равно 20—30 Па (2—3 мм вод. ст.), к основанию дымовой трубы, где разрежение составляет у котлоагрегата с естественной тягой 100—300 Па (10— 30 мм вод. ст.), а у современных мощных котлоагрегатов с искусственной тягой 1—2 кПа (100—200 мм вод. ст.). Это объясняется тем, что газообразные продукты сгорания теряют часть своего давления по мере их продвижения по газоходам котлоагрегата к дымовой трубе.
Наименьшее разрежение наблюдается вверху топочной камеры, наибольшее — у основания трубы. Если топочная камера имеет большую высоту, то вследствие заполнения ее газообразными продуктами сгорания с высокой температурой топка действует как дымовая труба, т. е. в ней развивается с а м о т я г а. Благодаря самотяге в верхней части топочной камеры устанавливается разрежение меньшее, чем в нижней ее части. В отдельных случаях в верхней части топочной камеры создается давление больше атмосферного: это может привести к выбиванию пламени и газов из топки, что недопустимо. Обычно в верхней части топочной камеры поддерживают разрежение 20—30 Па (2—3 мм вод. ст.) при естественном поступлении воздуха в топку и 5—10 Па (0,5—1 мм вод. ст.) при принудительной подаче воздуха дутьевым вентилятором.
Сопротивление движению газов и воздуха зависит от их скорости в квадрате; это значит, что при увеличении объема воздуха или газов в 2 раза скорость их возрастает в 2 раза, а сопротивление движению в 4 раза.
Строй-справка.ру
Котельная установка предназначена для снабжения потребителей водяным паром соответствующего давления и температуры (или горячей водой заданной температуры). В состав котельной установки на жидком и газообразном топливе входят:
1. Котлоагрегаты (рабочие и резервные) — устройства, в которых сжигается топливо и вырабатывается водяной пар (или горячая вода).
2. Питательная установка для подачи воды в котлоагрегат, состоящая из питательных приборов (поршневых или центробежных насосов, инжекторов).
3. Водоподготов и тельное устройство для подогрева и умягчения питательной воды.
4. Устройство для хранения, подачи и подготовки топлива к сжиганию.
5. Тяго-дутьевое устройство для подачи воздуха в топки котлоагрегатов и удаления газообразных продуктов сгорания в атмосферу.
6. Трубопроводы для пара (или горячей воды — в водогрейных котельных), питательной воды, мазута, газа (при использовании мазута или газа в качестве топлива), продувочной воды, воздуха, воды, используемой на пожарные и хозяйственные нужды.
7. Приборы теплового контроля и автоматического управления котельной установкой, а также приборы безопасности.
В свою очередь, в состав каждого парового котлоагрегата обычно входят следующие основные элементы:
1) собственно паровой котел — устройство, обогреваемое газообразными продуктами сгорания и предназначаемое для получения пара, используемого вне самого устройства, с давлением выше атмосферного;
2) экран — система труб, установленных в топочной камере для защиты ее стен от непосредственного воздействия пламени и, кроме того, для дополнительного, весьма эффективного получения пара из воды, циркулирующей по трубам экрана;
3) пароперегреватель — устройство для повышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлению в котле;
4) водяной экономайзер—устройство, обогреваемое газообразными продуктами сгорания и предназначаемое для подогрева или частичного испарения питательной воды, поступающей в паровой котел. Водяной экономайзер считается отключаемым по воде при наличии запорного вентиля (или задвижки) между котлом и экономайзером и отключаемым по газу при наличии обводного газохода и шиберов для отключения экономайзера от газохода;
5) воздухоподогреватель — устройство, обогреваемое газообразными продуктами сгорания и предназначаемое для подогрева воздуха перед поступлением его в топочное устройство котельного агрегата;
6) котельная арматура и гарнитура котла, водяного экономайзера, пароперегревателя и воздухоподогревателя — приспособления, обеспечивающие безопасную эксплуатацию котельного агрегата;
7) топочное устройство для сжигания топлива в топочной камере и непосредственной передачи излучением к поверхности нагрева части выделенной при сгора-ции топлива теплоты;
8) обмуровка — стены топочной камеры и газоходов, отделяющие и изолирующие горячие элементы котло-агрегата и газообразные продукты сгорания от наружной среды и направляющие их вдоль поверхности нагрева кот-лоагрегата;
9) каркас — металлические конструкции, установленные на фундаменте, соединяющие и поддерживающие элементы котельного агрегата.
Водогрейный котлоагрегат состоит из водогрейного котла — устройства, обогреваемого газообразными продуктами сгорания и предназначаемого для нагревания воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне самого устройства — арматуры и гарнитуры котла, топочного устройства, обмуровки и каркаса.
Паровой котел, в каровом пространстве которого размещено устройство для нагревания воды, используемой вне котла, или паровой котел, в естественную циркуляцию которого включен отдельно стоящий бойлер, называется котлом-бойлером.
Основные требования, предъявляемые к котельным установкам, следующие.
1. Эксплуатационная надежность и безотказность в работе. Этому требованию на практике придается первостепенное значение. Совершенно недопустимы не только перебои в подаче пара (или горячей воды) потребителям, но даже любое отклонение от заданного режима работы котельной установки, папрпмер, уменьшение паропроизводительности, снижение давления пара, увеличение его влажности (или снижение температуры горячей воды).
2. Высокие показатели экономичности. Котельные установки должны иметь небольшую первоначальную стоимость, должны работать с относительно высоким коэффициентом полезного действия (при минимальных расходах энергии на собственные нужды) и вырабатывать пар (или горячую воду), имеющий оуносительно невысокую себестоимость.
По конструктивному устройству паровые котлы делятся на две группы: котлы с естественной и котлы с принудительной циркуляцией воды.
К первой группе относятся паровые котлы следующих типов: жаротрубные, локомобильные, цилиндрические вертикальные, горизонтально-водотрубные и вертикально-водотрубные.
Ко второй группе относятся котлы прямоточные и специальных конструкций.
Важнейшими эксплуатационными показателями работы паровых котлов и котлоагрегатов являются: паропроизводительность, напряжение площади поверхности нагрева и коэффициент полезного действия (к. п. д.).
Паропроизводительностью парового котлоагрегата называется величина, равная отношению массы пара, вырабатываемого котлоагрегатом, к интервалу времени его работы. Паропроизводительность mt выражают в килограммах в час (кг/ч) и тоннах в час (т/ч).
Теплопроизводительностыо, или тепловой мощностью, водогрейного котлоагрегата Фв называют величину, равную отношению количества теплоты, воспринимаемой водой в водогрейном котлоагрегате, к интервалу времени его работы. Теплопроизводительность (или тепловую мощность) выражают в киловаттах (кВт), мегаваттах (МВт) и гигаваттах (ГВт). Прежние единицы теплопроизводительности (тепловой мощности) водогрей-пых котлоагрегатов— килокалория в час (ккал/ч), мегака-лория в час (Мкал/ч) и гигакалория в час (Гкал/ч):
1 ккал/ч = 1,163 Вт; 1 Мкал/ч = 1,163 кВт;
1 Гкал/ч =1,163 МВт.
Паропроизводительность парового котлоагрегата и тепловая мощность водогрейного котлоагрегата зависят от площади поверхности нагрева котла и его конструктивного оформления, от площади вспомогательных поверхностей нагрева — водяного экономайзера, воздухоподогревателя и пароперегревателя, от рода применяемого топлива и способа его сжигания, от конструкции топочного устройства и, кроме того, в значительной степени от качества работы машинистов. Опыт лучших машинистов, передовиков производства, показал, что паропроизводительность (или тепловая мощность) и экономичность работы котлоагрегатов могут быть повышены в результате освоения техники котельного хозяйства, рациональной организации рабочего места и внимательного обслуживания котельной установки.
Поверхностью нагрева котла называется поверхность, которая с одной стороны омывается газообразными продуктами сгорания, а с другой стороны — водой. Площадь поверхности нагрева S (читается «эс») выражают в квадратных метрах (м2).
Если мы разделим паропроизводительность котлоагрегата mt на площадь поверхности нагрева котла, то получим вторую характеристику работы парового котлоагрегата — напряжение поверхности нагрева, выраженное в кг/(ч-м2).
Качество пара характеризуется двумя величинами: давлением и температурой для перегретого пара или давлением и степенью сухости (паросодержапием) для насыщенного пара.
Третий показатель — коэффициент полезного действия (к. п. д.) котлоагрегата показывает, какая доля теплоты топлива полезно использована в котлоагрегате для подогрева воды и превращения ее в пар (насыщенный или перегретый) в паровом котлоагрегате или для подогрева воды в водогрейном котле. Коэффициент полезного действия котлоагрегатов без экономайзеров составляет 60—75% и достигает 80—93% для крупных паровых котлоагрегатов с водяными экономайзерами и воздухоподогревателями.
Тяга и дутье
Для организации процесса горения в топку парового или водогрейного котла необходимо подавать воздух и удалять образующиеся продукты сгорания. Подача воздуха и удаление продуктов сгорания могут быть осуществлены двумя способами: созданием в топке и газоходах разрежения, т. е. давления, меньшего чем давление окружающего воздуха, и созданием избыточного давления по отношению к окружающему воздуху.
Котлоагрегаты, работающие с разрежением в газовом тракте, могут иметь тягу и подачу воздуха естественную или искусственную. Под естественной тягой понимают такую, при которой разрежение в топке и газоходах создается дымовой трубой и вследствие этого под действием разности давлений (окружающего воздуха и продуктов сгорания) в топку поступает воздух, необходимый для горения. При искусственной тяге разрежение в топке и газоходах создается за счет работы дымососа, а подача воздуха производится вентилятором.
Схема действия естественной тяги и эпюр разрежений по газовому тракту показаны на рис. 12-1.
Тяга и дутье в дымовой трубе при работе котельной установки возникает следующим образом. В сечении дымовой трубы со стороны входа продуктов сгорания создается давление окружающего воздуха, имеющего плотность ра. Внутри дымовой трубы находятся продукты сгорания, которые, имея плотность р, также оказывают давление на сечение. Давление столба воздуха на сечение, соответствующее высоте дымовой трубы Н, будет Hgpa, а продуктов сгорания Hgp, где g - ускорение свободного падения, м/с 2 . Однако плотность продуктов сгорания р меньше плотности окружающего воздуха. В результате этого на селение будет действовать разность давлений, которая и создает тягу.
Тяга и дутье (Па) может быть определена по формуле
Из уравнения ясно, что тяга и дутье, создаваемые дымовой трубой, тем больше, чем больше высота трубы и разность плотностей воздуха и продуктов сгорания. Эта разность будет возрастать с увеличением температуры продуктов сгорания в дымовой трубе и уменьшением температуры окружающего воздуха.
Паровые и водогрейные котлы, в которых топка и газоходы находятся под избыточным давлением по отношению к окружающему воздуху, называются работающими под наддувом. В этих агрегатах подача воздуха и удаление продуктов сгорания производится под действием вентилятора, т. е. принудительно.
Современные промышленные паровые и водогрейные котлы имеют сложный профиль воздушного и газового трактов вследствие применения развитых хвостовых или конвективных поверхностей нагрева, что приводит к увеличению общего аэродинамического сопротивления тракта. Одновременно уменьшение температуры уходящих газов снижает тягу, создаваемую дымовой трубой. По этим причинам промышленные котлы производительностью более 2 т/ч имеют, как правило, искусственную тягу и дутье. Дымовая труба при этом служит не для создания разрежения, а для выброса загрязняющих атмосферу продуктов сгорания (летучая зола, сернистый ангидрид, оксиды азота) в более высокие слои атмосферы.
При работе газового тракта под разрежением через неплотности в обмуровке и других элементах агрегата происходит присос атмосферного воздуха в топку и газоходы, что увеличивает энтальпию уходящих газов и потерю теплоты с ними, а также приводит к излишней загрузке дымососа и, соответственно, росту расхода электроэнергии на его привод. В то же время через неплотности не происходит выброса продуктов сгорания в помещение цеха.
В паровых и водогрейных котлах, работающих под наддувом, нет присоса холодного воздуха в газовый тракт, что заметно повышает их экономичность, а отсутствие дымососа упрощает установку. В то же время конструкция газового тракта агрегата усложняется и удорожается.
В тех случаях когда сопротивление решетки и слоя топлива или горелки преодолевается за счет работы вентилятора, разрежение в топке близко к нулю и тяга, создаваемая дымососом, называется уравновешенной. Кроме того, Тяга и дутье может быть косвенной, когда в дымовой трубе создается разрежение за счет струи воздуха или пара, подаваемой с большой скоростью. Такая струя эжектирует поток продуктов сгорания.
Каналы, по которым движутся продукты сгорания, называются газоходами. Каналы, по которым движется воздух, подаваемый в топку для организации процесса горения, называются воздухопроводами.
Каналы для прохода продуктов сгорания и воздуха в современных парогенераторах и водогрейных котлах имеют прямые участки и различные фасонные части (повороты, изменения сечения, тройники и т. д.). Кроме того, поверхности нагрева в каналах могут работать при различных условиях обтекания их потоком продуктов сгорания или воздухом.
Для регулирования потока в каналах располагают устройства, называемые шиберами. Посредством шибера изменяют сечение канала, по которому протекает поток.
Тягой в котельном агрегате называется
Газовоздушный тракт котельных установок. Дымовые трубы
Для горения топлива необходим непрерывный подвод в топку атмосферного воздуха и удаление из нее образующихся дымовых газов в атмосферу.
Внешняя принудительная сила, которая заставляет воздух поступать в топку, а газообразные продукты сгорания двигаться по газоходам и по дымовой трубе, называется силой тяги. Отношение силы тяги к площади сечения дымовой трубы называется тягой.
Тяга и ввод воздуха в топку могут быть естественными и искусственными.
Естественная тяга осуществляется в котельных агрегатах производительностью до 2,5 т/ч и с сопротивлением газового тракта не более 300 Па (30 мм вод. ст.) при сжигании нешлакующих или малошлакующих топлив (дрова, торф) с помощью установки дымовой трубы. Естественной тягой называют разность давлений, которая приводит к возникновению движения потока. Эта разность появляется вследствие различных плотностей наружного холодного воздуха и горячих дымовых газов в трубе котельной установки.
Действие дымовой трубы основано на законе сообщающихся сосудов. Столб атмосферного воздуха давит снизу на колосниковую решетку. Топочная камера, газоходы котла и дымовая труба являются системой сообщающихся сосудов. Пока температура воздуха в котельной и дымовой трубе одинакова, в этой системе будет сохраняться равновесие.
Во время работы котла в дымовой трубе горячие газообразные продукты сгорания (t = 130 – 400 о С) и равновесие в этой системе нарушается. Дымовые газы, которые находятся в дымовой трубе, значительно легче, чем окружающий воздух. Столб наружного воздуха, как более тяжелый, вытесняет столб газообразных продуктов сгорания в дымовой трубе и выталкивает их в атмосферу. Вследствие этого возникает беспрерывное движение воздуха и дымовых газов в котле.
Естественная тяга тем больше, чем ниже температура и выше давление атмосферного воздуха, выше температура продуктов сгорания в дымовой трубе и больше высота дымовой трубы.
Тяга, Па, создаваемая в трубе газами определяется по формуле:
 |
где НТР – высота дымовой трубы, м; r Г– плотность дымовых газов в дымовой трубе, кг/м 3 ; g – ускорение свободного падения ( » 9,81 м/с 2 ).
Рисунок 3.13 – Дымовые трубы:
а – стальная, б – кирпичная;
1 – цоколь, 2 – цокольная плита, 3 – ствол трубы, 4 – растяжки, 5 – кольцо, 6 – молниеотвод, 7 – лаз, 8 – футеровка.
где r В – плотность наружного воздуха, зависящая от температуры и давления воздуха, на кг/м 3 .
Сила естественной тяги определяется по формуле:
 |
где SТ – тяга, создаваемая дымовой трубой, Па; РО – давление воздуха по барометру, Па; ТВ – термодинамическая температура наружного воздуха, К; ТГ- средняя термодинамическая температура газов в дымовой трубе, К; 287,1 – газовая постоянная воздуха (RВ); RГ – газовая постоянная газообразных продуктов сгорания зависит от их состава - RГ » RВ (таблица 3.1).
Задача: Определить тягу, развиваемую дымовой трубой высотой 60 м в зимние время, при средней температуре уходящих дымовых газов tг = 350 о С, температуре и давлении наружного воздуха tв = -25 о С и Рв = 100 кПа (750 мм рт. ст.).
Дымовые газы при прохождении через котлоагрегат испытывают сопротивление о твердые поверхности газохода и сопротивление, вызываемое изменением направления движения потока газа.
Высоту трубы принимают такой, чтобы имелся некоторый запас тяги, т.е. разряжения в топке (создаваемое трубой), которое должно быть больше суммы всех сопротивлений, получающихся в процессе прохождения газов по газоходам котла.
где å D SКА – сумма сопротивлений всех элементов котельного агрегата.
Лекция 16.1: Котельный агрегат и его элементы
Котельные агрегаты производительностью 0,01-5,5 кг/с относятся к котлам малой мощности, производительностью до 30 кг/с к котлам средней мощности и более 30 кг/с (до 500-1000 кг/с) – к котлам большой мощности.
Водогрейные котлы унифицированы по теплопроизводительности на восемь типов: 4, 6,5, 10, 20, 30, 50, 100 и 180 Гкал/ч. Котлы теплопроизводительностью ниже 30 Гкал/ч предназначаются для работы только в одном режиме (основном). Котлы теплопроизводительностью 30 Гкал/ч и выше допускают возможность работы как в основном, так и в пиковом режимах, т.е. в период максимального теплопотребления при наиболее низких температурах наружного воздуха.
Для котлов теплопроизводительностью до 30 Гкал/ч температура воды на выходе принимается 432 К, а давление воды на входе в котел – 1,6 МПа. Для котлов теплопроизводительностью 30 Гкал/ч и выше максимальная температура воды на выходе принимается 450-470 К, а давление воды на входе – 2,5 МПа.
Более совершенными являются водотрубные паровые котлы. Они имеют развитые поверхности нагрева, состоящие из труб, заполненных внутри водой и пароводяной смесью, а снаружи обогреваемых продуктами сгорания топлива. Котлы относятся к горизонтально-водотрубным, если трубы расположены под углом к горизонту не более 25 о , и к вертикально-водотрубным, если трубы идут более круто или вертикально. В этих котлах путем изменения числа труб в пучках и числа самых пучков удалось увеличить площадь поверхности нагрева, не увеличивая диаметр их барабанов, что в свою очередь дало возможность получить в этих котлах пар высокого давления.
При работе парового котла очень важно обеспечить надежное охлаждение поверхностей нагрева, в которых происходит парообразование. Для этого необходимо соответствующим образом организовать движение воды и пароводяной смеси в испарительных поверхностях нагрева. По характеру организации движения рабочего тела в испарительных поверхностях котельные агрегаты делятся на три типа:
1. с естественной циркуляцией (рис 14.2,а);
2. с принудительной циркуляцией (рис 14.2,б);
Принципиальная схема прямоточного котла показана на рис 14.3.
Питательная вода подается в конвективный экономайзер 6, где она подогревается за счет тепла газов, и поступает в экранные трубы 2, выполненные в виде параллельно включенных змеевиков, расположенных на стенах топочной камеры. В нижней части змеевиков вода нагревается до температуры насыщения. Парообразование до степени сухости 70-75% происходит в змеевиках среднего уровня расположения. Пароводяная смесь затем поступает в переходную конвективную зону 4, где происходит окончательное испарение воды и частичный перегрев пара. Из переходной зоны пар направляется в радиационный перегреватель 2, затем доводится до заданной температуры в конвективном перегревателе 3 и поступает на турбину. В опускной шахте котлоагрегата расположены первая (по ходу газов) и вторая ступени 5 и 7 воздухоподогревателя.
Состав котельного агрегата. Котельный агрегат в общем случае состоит из:
Поверхности нагрева подразделяют по преобладающему способу тепловосприятия на радиационные и конвективные, а по происходящим процессам преобразования рабочего тела различают нагревательные (экономайзерные), испарительные (парообразующие или кипятильные) и пароперегревательные поверхности.
Они являются наиболее интенсивно работающими парообразующими поверхностями нагрева, поскольку воспринимают теплоту излучения от горящего слоя или факела топлива, которая в условиях топки является наиболее эффективным способом теплопереноса.
Нижний барабан котельного агрегата полностью заполнен водой с температурой насыщения и кроме объединения труб кипятильного пучка выполняет роль шлакоотстойника.
Верхний барабан кроме объединения труб кипятильного пучка выполняет роль сепаратора (разделителя) потоков пароводяной смеси поступающей по трубам на влажный насыщенный пар и кипящую воду. Из верхней его части отводят пар в пароперегреватель или к потребителю, а из нижней части вода поступает в опускные трубы контуров циркуляции.
По способу тепловосприятия пароперегреватели могут быть радиационными, полурадиационными и конвективными.
В зависимости от взаимного направления движения продуктов сгорания и водяного пара их подразделяют на прямоточные, противоточные и пароперегреватели со смешанным током.
Вода подогревается продуктами сгорания, отходящими из котла, благодаря чему уменьшаются потери теплоты с уходящими дымовыми газами, повышается КПД, и, следовательно, уменьшается расход топлива.
Стальные экономайзеры применяют при давлении выше 2,4 МПа. Они могут быть как не кипящими, так и кипящими, в которых вода может не только нагреваться до температуры насыщения, но и превращаться в пар (до 20%).
К арматуре относят: вентили, задвижки, обратные и предохранительные клапаны и т.п., которые по способу соединения с трубопроводами подразделяют на фланцевые, муфтовые и сварные. По назначению различают арматуру:
Это лазы, лючки, гляделки, взрывные клапаны и др.
Лючки предназначены для ввода в газоходы измерительной и диагностической аппаратуры, инструмента и приспособлений, используемых при ремонте и эксплуатации котельного агрегата.
Гляделки используют для проведения измерений во время испытания котельного агрегата и для визуального наблюдения за протеканием процесса горения и за состоянием внутренних поверхностей топки.
Взрывные клапаны устанавливают на боковых и потолочных стенах топки и газоходов с целью устранения или уменьшения разрушений обмуровки при хлопках и взрывах в топочной камере.
Принудительная тяга котлов
Принудительная тяга в котлах обеспечивается работой дутьевыми вентиляторами.
Принцип работы
Забор воздуха производится из помещения котельной, либо с улицы. На всосе данных машин создаётся разрежение, которое регулируется:
- поворотом направляющих аппаратов;
- скоростью вращения;
- (неэффективно) шиберами и т. п.).
Под напором воздух подается в топочную камеру котла, где происходит процесс горения и горячие дымовые газы поступают в газоходы котельной.
Для чего нужна принудительная тяга
Для эффективного процесса сгорания топлива в котле КВ необходимо обеспечить постоянную подачу воздуха в топку котла и отвод продуктов сгорания в окружающую среду. Внешняя сила, действие которой обеспечивает поступление воздуха в топочную камеру при одновременном движении газообразных продуктов горения по газоходам и дымовой трубе называется - тяга. В случае, если сопротивление котла и газового тракта велико и невозможно обеспечить движение газов с помощью естественной тяги, в котельной установке создается принудительная тяга.
Совмещение естественной и принудительной тяги
Возможно совмещение естественной и принудительной тяги. Так при высокой температуре наружнего воздуха тяг в котле и газовом тракте котельной создают принудительно, когда температура наружнего воздуха понижается возможна установка естественной тяги.
Тяга (разрежение)
Содержание
Естественная тяга
Механизм
Основная статья: Сила АрхимедаВ системе вентиляции зданий
Если здание не является герметичным, то за счёт этой разницы давлений возникает поток холодного воздуха, направленный внутрь, а тёплый воздух вытесняется (всплывает) и выходит наружу (могут быть предусмотрены специальные вытяжные вентиляционные каналы). Движущая сила тяги определяется перепадом средних высот входа и удаления воздуха. Так обеспечивается работа вытяжной вентиляции с естественным побуждением.
В современных высотных зданиях с замкнутыми внешними контурами эффект тяги может достигать больших масштабов. Поэтому при конструировании таких зданий уделяют внимание борьбе с этим эффектом. Частично это достигается за счёт принудительной вентиляции, частично за счёт встраивания внутренних перегородок. В случае пожара эффект тяги играет большую роль в распространении дыма.
В дымовых трубах
Аналогичный процесс протекает в печах и котлах. Воздух поступает в топку под колосник или подаётся на горелки. Там происходит горение, в ходе которого образуются горячие дымовые газы. Поверхностями нагрева котла или стенками печи тепловая энергия от них отбирается, иногда также в них проникает окружающий воздух, но на выходе они всё равно обычно гораздо горячее окружающего воздуха (даже если технически возможно охладить их сильнее, от этого обычно отказываются, чтобы предотвратить выпадение в системе едкого и токсичного конденсата). Дымовая труба по своему первоначальному назначению требуется для создания как можно большего столба нагретых газов, который создаёт довольно значительную тягу (тем не менее многие высокие трубы создавались в основном из экологических соображений, для рассредоточивания выбросов). Газы эвакуируются через устье трубы, где разрежение (с поправкой на гидравлическое сопротивление выхода) равно нулю. Тем не менее, в тракте сужающейся трубы может (обычно если есть устройства принудительной тяги) возникать и зона с избыточным давлением [1] .
Тяга может стать и недостаточной, что приводит к плохому горению в топке и выходу продуктов сгорания в помещение (наиболее опасен угарный газ). При естественной тяге с этим ничего нельзя сделать, кроме как прочистить дымоход и облегчить доступ воздуха в помещение, откуда он забирается.
Недостатки
Естественная тяга зависит от атмосферных условий: чем выше температура наружного воздуха, тем, как правило, меньше разница плотностей его и газов. Существенно увеличить её напор можно, только значительно увеличив высоту трубы, что конструктивно сложно и дорого, а для паровозов невозможно по транспортным габаритам; чтобы избежать аэродинамических сопротивлений, требуется делать широкие газоходы с малой скоростью газов. При таких скоростях дымоходы могут легко загрязниться золой, что опять же снижает тягу.
Принудительная тяга
Основная статья: Тягодутьевые машиныДля участков газового тракта с давлением выше давления окружающего воздуха (даже на наружной дымовой трубе, чтобы газы не проникали в толщу кирпичной или бетонной конструкции и не разрушали её) требуется газоплотность (герметичность). Технически её трудно достичь, особенно на больших установках, поэтому обычно стараются поставить дымососы достаточной мощности для создания разрежения по всему тракту, начиная от топки; синхронизированная таким образом работа тяговых и дутьевых устройств называется уравновешенной тягой.
В принципе есть небольшие котлы с дутьевым вентилятором, но без дымососа, если естественной тяги хватает. Дымососы требуют значительного расхода энергии на привод, создают сильный шум, а их лопасти в агрессивной среде быстро приходят в негодность. Снижение шума ещё более важно для вытяжных устройств вентиляции, устанавливаемых внутри помещений.
Напор принудительной тяги во всех случаях складывается с напором естественной тяги (если только они сонаправленны).
Расчёт естественной тяги
Тяга создаётся за счёт разницы давлений (ΔP) и может быть подсчитана следующим образом. Уравнение даст точное значение для случая воздуха как в трубе так и снаружи трубы высотой h. Если в трубе находится не воздух, а продукты горения, то формула даст только приближённую оценку.
,
| где (в единицах СИ): | |
| ΔP | = разница давлений, Па |
|---|---|
| C | = 0.0342 |
| a | = атмосферное давление, Па |
| h | = высота трубы, м |
| To | = абсолютная внешняя температура, К |
| Ti | = абсолютная внутренняя температура, К |
Поток воздуха, вызванный тягой
Поток воздуха за счёт тяги может быть подсчитан следующим образом. Формула действует с теми же ограничениями. A обозначает площадь сечения трубы.
Читайте также: