Як приклад на рис. 4 показана теплова схема котла середнього тиску з природною циркуляцією для роботи на газі і мазуті. Випаровування води відбувається в екранах топки, фестоні і частково в киплячому економайзері. Пароперегрівач двоступінчатий і розташований безпосередньо за фестоном в області високих температур газів, що визначається прагненням зменшити його поверхню нагріву при значному теплосприйняті, яке становить близько 20 % від загального. Регулювання температури перегрітої пари передбачене в поверхневому охолоджувачі. За пароперегрівачем по ходу газів послідовно розташовуються киплячий економайзер, паровміст води на виході з якого складає 15 %, а за ним останнім по ходу газів - повітропідігрівач. Одноступінчата компоновка економайзера і повітропідігрівача можлива внаслідок прийнятої невисокої температури підігріву повітря (до 250°С). Для запобігання корозії повітропідігрівача передбачено підвищення температури повітря, яке поступає в нього, за рахунок рециркуляції.
Рис. 4. Теплова схема котла середнього тиску на газі і мазуті
1 - економайзер 2 - випарні поверхні нагріву; 3 - пароперегрівач; 4 - повітропідігрівач
На рис. 5 показана теплова схема сучасного котла високого тиску з природною циркуляцією, призначеного для роботи на пилі твердого палива.
Випарними поверхнями нагріву є екрани, розташовані в топці і фестон. Часткове випаровування води здійснюється і в економайзері паровміст на виході з якого не перевищує 15 %. Пароперегрівач виконаний радіаційно-конвективним. Радіаційна частина пароперегрівача, виконана у вигляді ширм, розміщена в топці; конвективна частина розташована безпосередньо за фестоном. Така організація теплосприйняття пароперегрівача забезпечує можливість зниження температури продуктів згорання на виході з топки до оптимальної і покращує умов регулювання температури перегріву пари.
Рис. 5. Теплова схема котла високого тиску з природною циркуляцією на пиловугільному паливі:
1 - економайзер I ступеня; 1а - економайзер II ступеня; 2 - випарні поверхні нагріву; 3 - пароперегрівач; 4 - повітропідігрівач I ступеня; 4а - повітропідігрівач II ступеня
Регулювання температури перегріву пари здійснюється вприскуванням живильної води в колектори ступенів пароперегрівача. За пароперегрівачем в опускній шахті розташовані економайзер і повітропідігрівач, скомпоновані кожен в два ступені. Теплосприйняття завершується в першому по ходу повітря ступені повітропідігрівача. Використання такого розташування економайзера і повітропідігрівача визначається необхідністю високого підігріву повітря (вище 300°С). Двоступінчата компоновка економайзера і повітропідігрівача використовується, як правило, також і в котлах середнього тиску, призначених для роботи на пилі твердого палива.
На рис. 6 показана теплова схема конвективного котла середнього тиску з багатократною примусовою циркуляцією, призначеного для використання фізичної теплоти відхідних газів від технологічних агрегатів. Випарні поверхні нагріву, виконані у вигляді пакетів з змійовиків, включені паралельними контурами в систему примусової циркуляції, що зменшує втрати тиску в циркуляційній системі і знижує витрату електроенергії на циркуляційні насоси.
Рис. 6. Теплова схема конвективного котла середнього тиску з багатократною примусовою циркуляцією на відхідних газах технологічних агрегатів
1 - економайзер; 2, 2а - випарні поверхні нагріву; 3 - пароперегрівач
Пароперегрівач розміщується між першим і другим по ходу газів пакетами випарних поверхонь нагріву, що оберігає його від дії високих температур газів, які можуть виникати в процесі роботи технологічного агрегату. Останнім по ходу газів розміщений економайзер. Для забезпечення достатнього охолодження газів температура води, яка поступає в нього, як правило, безпосередньо після деаератора, приймається близько 105 °С.
Теплові схеми котельної
На теплових схемах котельних показується основне і допоміжне устаткування, яке об'єднується лініями трубопроводів для транспорту теплоносіїв у вигляді пари і води. На принциповій тепловій схемі вказується лише головне устаткування - котли, підігрівачі, деаератори, насоси і основні трубопроводи (без арматури, різних допоміжних пристроїв і другорядних трубопроводів) і не уточнюється їх кількість і розташування. Після розробки принципової теплової схеми котельною і її розрахунків вибирається необхідне устаткування котельної. Метою розрахунку теплової схеми є визначення загальних теплових навантажень (зовнішніх і витрат теплоти на власні потреби котельної) і розподіл навантажень між паровою і водонагрівною частинами навантажень; визначення усіх теплових і масових потоків, необхідних для вибору допоміжного устаткування і діаметрів трубопроводів та арматури; визначення даних для подальших техніко-економічних розрахунків.
Розрахунок теплової схеми котельної дає можливість визначити сумарну теплову потужність котельної при різних режимах роботи.
По визначених сумарних витратах пари та гарячої води і виду палива проводиться вибір типу, продуктивності і кількості котлів. В котельних із загальною тепловою потужністю (пар і гаряча вода) приблизно до 210 ГДж/год рекомендується встановлювати лише парові котли, а гарячу воду для потреб опалювання, вентиляції і гарячого водопостачання отримувати від пароводяних підігрівачів. Для потужних котельних тепловою потужністю більше 420 Гдж/год може виявитися раціональним використання комбінованих парових котлів з гнучким регулюванням парового і водогрійного навантаження. Після вибору котлів проводиться вибір усього необхідного допоміжного устаткування, тобто теплообмінних апаратів, апаратури водопідготовки, насосів, баків і ін. Усе вибране устаткування наноситься на теплову схему. Умовними лініями зображають трубопроводи для різного виду рідин, пари і газу. Складні теплові схеми котельних з паровими, водогрійними і пароводогрійними котлами визначають необхідність розрахунку теплових схем методом послідовних наближень. Для кожного елементу теплової схеми складають рівняння матеріального і теплового балансів, вирішення яких дозволяє визначити невідомі витрати і ентальпії середовищ. Загальна ув'язка цих рівнянь здійснюється складанням матеріального і теплового балансів деаератора, в якому сходяться основні потоки робочого тіла. Ряд значень величин, необхідних для ув'язки теплової схеми, отримують з розрахунку її елементів і пристроїв. Рядом значень величин можна попередньо задаватися. Наприклад, на деаерацію живильної води і підігрів сирої і хімічної води при закритій системі водопостачання приймають від 7 до 10 % від сумарно відпущеної теплової енергії зовнішнім споживачам; на втрати теплоти всередині котельній 2-3 %.
При розрахунках теплової схеми, як правило, задаються температурою води, яка іде на хімічну водоочистку 20-30°С; початкової води взимку - 5°С. Приймають втрати води в теплових мережах при закритій системі гарячого водопостачання рівними 0,5% від об'єму води в мережах або 1,5-2 % годинної витрати води в мережі.
Принципова теплова схема котельної з паровими котлами показана на рис. 7.
Рис. 7. Принципова теплова схема котельної з паровими котлами:
1 - паровиї котел; 2 - деаератор живильної води; 3 - деаератор підживлюючої води; 4 - охолоджувач випару; 5 - насос сирої води; 6 - насос живильний; 7 – насос підживлюючий; 8 - насос мережевий; 9 - насос конденсатний; 10 - бак конденсату; 11 - охолоджувач продувочної води; 12 - підігрівач сирої води; 13 - підігрівач хімічно очищеної води; 14 - охолоджувач підживлюючої води; 15 - охолоджувач конденсату; 16 - підігрівач мережевої води; 17- РОУ; 18 - сепаратор безперервного продування
ВПП – валоповоротний пристрій
Тема 11. Характеристики і конструкції котлів. Котли з природною циркуляцією низького тиску. Енергетичні котли з природною циркуляцією середнього тиску. Прямоточні котли. Компоновка котлів
