Вироблення пари і гарячої води в котельних установках - Конспект Лекцій, розділ Науковедение, Конспект лекцій з дисципліни Основи теплопостачання як теплоносій В теплотехнологічної Виробництві.
В якості теплоносія в теплотехнологічної виробництві можуть використовуватися різні газоподібні та рідкі речовини, тверді тіла. Найбільш широке застосування знаходять: водяна пара, гаряча вода, продукти горіння палива, масла, різні розчини солей, рідкі розплавлені метали і зважені в газовому потоці тверді частинки. Кожен теплоносій володіє достоїнствами і недоліками, що визначають області та межі їх застосування.
Водяна пара, що є одним з основних і найбільш часто вживаних теплоносіїв, володіє наступними перевагами:
· Можливість транспортування теплоносія на великі відстані;
· Високий коефіцієнт тепловіддачі при конденсації теплоносія;
· Виділення при конденсації прихованої теплоти пароутворення, що дозволяє зменшити витрату теплоносія;
· Конденсація при постійній температурі, що дозволяє здійснювати стаціонарний (по температурі) технологічний режим.
До недоліків водяної пари як теплоносія слід віднести необхідність підтримки постійного тиску.
Гаряча вода як теплоносій має відносно високий коефіцієнт тепловіддачі і застосовується в основному для низькотемпературних процесів (наприклад, для цілей опалення). У порівнянні з водяною парою гаряча вода має більш низьку температуру, максимальна величина якої лімітується тиском води (обмежується температурою кипіння, що залежить від тиску).
Продукти горіння палива дозволяють здійснювати нагрів технологічного матеріалу до будь-якої температури при малому тиску газів. До недоліків продуктів горіння палива відноситься низький коефіцієнт тепловіддачі, що визначає великі поверхні теплообміну (громіздкість апарату), а також неможливість транспортування газів на великі відстані.
В якості основного теплоносія в теплоиспользующих установках використовується пара і гаряча вода. Джерелами тепла у вигляді пари і гарячої води є котельні агрегати, в яких відбувається перетворення хімічно зв'язаної енергії палива в теплову енергію води і пара [4]. Ці котли встановлюються на теплоелектроцентралях (ТЕЦ), промислових та районних котелень.
Котельні агрегати поділяються на 2 основні класи:
а) парові котли (парогенератори) - для отримання перегрітої пари;
б) водогрійні котли (теплогенератори) - для отримання гарячої води.
Паровий котел являє собою систему трубчастих теплообмінників, встановлених в одному апараті (рис. 3). Пар заданих параметрів утворюється з води, що надходить в трубні поверхні нагрівання котла. Нагрівання води і отримання пара здійснюється за рахунок теплоти, що виділяється при спалюванні палива в першій частині парогенератора, званої топкової камерою або топкою.
1 - живильна вода, 2 - кипляча вода, 3 - насичений пар, 4 - перегріта пара
Малюнок 3. Схема генерації пари в прямоточном котлі
За принципом організації руху робочого тіла (води і пара) в поверхнях нагріву парові котли поділяються на:
а) прямоточні котли;
б) циркуляційні котли.
У прямоточних котлах робоче тіло послідовно проходить поверхні нагрівання (рис.3), випаровується і перегрівається за один рух. Рух робочого тіла обумовлено роботою живильного насоса НП. Випарні поверхні такого котла виконуються стрічковими з труб, що проходять по всьому периметру камери згоряння.
Особливістю котлів з природною циркуляцією є багаторазове проходження робочого тіла через випарні поверхні, які включені до складу замкнутого випарного контуру «Б-ОТ-НК-ІП (ТЕ)» (рис.4).
В котлах з природною циркуляцією рух робочого тіла всередині контуру з відмінностями щільності робочого тіла в трубах ВІД та ВП.
З барабана котла вода, що має температуру кипіння (насичення), за кількома необігріваним опускним трубах ВІД (розміщених із зовнішнього боку камери згоряння) надходить в нижній колектор (НК). Далі вода розподіляється по трубах випарних поверхонь нагріву (ІП), де відбувається її випаровування і утворюється пароводяна суміш. За один рух робочого тіла всередині контуру випаровується від 15 до 20% води.
НК - нижній колектор, ТЕ - топкові екрани, ОТ - опускні труби,
ВП - підігрівач повітря, Г - пальниковий пристрій
1 - живильна вода, 2 - перегріта пара, 3 - холодне повітря, 4 - гаряче повітря,
5 - паливо, 6 - гази, що йдуть, 7 - шлак, 8 - пилеунос
Малюнок 4. Барабанний котел з природною циркуляцією
Випарні поверхні нагрівання виконані у вигляді вертикальних труб, що виходять з нижнього колектора НК, і розміщені всередині камери згоряння на стінах котла, утворюючи екрани. У випарних поверхнях утворюється пароводяна суміш, яка в барабані котла поділяється на воду і водяну пару. Вода по опускним трубах знову надходить в випарні поверхні. Пар, який має температуру кипіння (насичення) з барабана котла надходить в пароперегрівач, де нагрівається до температури 400-500 о С.
Паливо (5) разом з гарячим повітрям (4) подається в топку (топку) через пальниковий пристрій (Г). Повітря (3) підігрівається в воздухоподогревателе (ВП), встановленому в хвостовій частині котла. Воздухоподогреватель знижує температуру відхідних газів і зменшує втрати тепла в атмосферу (підвищує к.к.д. котла). Одночасно підігрів повітря до 200-400 о С дозволяє підвищити температуру горіння палива в котельній камері.
Високотемпературні продукти горіння палива (1700-1800 о С) віддають тепло випарним поверхнях камери згоряння шляхом теплового випромінювання. Тому топки мають великі розміри (великий обсяг), а випарні труби розміщуються по периметру камери. Ця частина котла називається радіаційної.
При спалюванні твердого палива мінеральна його частина утворює шлак (7), який видаляється з камери згоряння. Найменш дрібні частинки золи у вигляді пилеунос (8) викидаються в атмосферу з димовими газами.
Поверхні нагрівання котла компонуються у вигляді букв П, Т, Г (П-подібна компоновка котла, Т-подібна, Г-подібна)
Водогрійні котли для отримання гарячої води виконуються прямоструминними і працюють на рідкому або газоподібному паливі. Камера згоряння екранована трубами, в яких вода нагрівається до температури 150-200 ° С. Конвективні поверхні нагрівання водогрійних котлів виконуються змієвидного типу. Для цілей підготовки гарячої води на теплоелектроцентралях (ТЕЦ) використовуються пароводяні теплообмінники, звані мережевими підігрівниками.
Котельні установки, що виробляють пар і гарячу воду встановлюються на районних котелень (РК) і є джерелами тепла систем теплопостачання. Одночасно парові котли встановлюються і на теплових електричних станціях, що виробляють електроенергію і тепло.