Производство теплоты в котельных установках включает в себя несколько взаимосвязанных технологических процессов (рис. 4.1), которые условно можно объединить в пять циклов (подсистем).
1. Цикл подачи топлива включает в себя технологические операции по транспорту, разгрузке, складированию, подготовке и подаче топлива в топливосжигающие устройства и топку котло-агрегатов. Топливо поступает в топку котлов только после соответствующей подготовки. Так, природный газ подается через га-зорегулирующий пункт (ГРП), в котором производится его очистка в фильтрах, снижение давления до требуемого, измерение давления, температуры и расхода газа. Затем газ по газопроводам направляется к газовым горелкам и в топку котла.
Жидкое топливо, например мазут, проходит более сложный цикл подготовки: из железнодорожных или автомобильных цистерн мазут после разогрева острым паром сливают в приемную ем-
кость, из которой насосами он подается в емкости мазутохранили-ща. Из расходной емкости мазут через топливоподогреватели и фильтры насосами подается к форсункам, а затем в распыленном состоянии в топку котла. Подогреватели должны обеспечивать подогрев мазута до 1ОО-135°С, а насосы должны развивать напор, обеспечивающий давление мазута у форсунок 2,5-3,5 МПа.
Рис. 4.1. Схема технологического процесса котельной установки:
Ц1 - цикл топливо-шлак; Ц2 - цикл воздух-газ; ЦЗ - цикл вода-пар или вода-вода;
Ц4 - цикл подготовки питательной и подпиточиой воды; Ц5 - цикл теплоснабжения;
1 - вид энергии; 2 - циклы; 3 - носители энергии; 4 - средства передачи;
5 - химическая энергия; 6,7,8- термическая энергия; 9 - склад топлива;
70-золоотвал; 11 -топка; 12 - котлоагрегат; 13 - потери тепла в окружающую
среду; 14 -теплоподготовительные установки; 15 - деаэратор; 16 -химводоочистка:
1 7 - источник водоснабжения; 18 - потребители тепла; 19 - топливо; 20 - воздух
(газ); 21 - пар (вода); 22 - добавочная вода; 23 - пар (горячая вода);
24 - транспортные механизмы; 25 - газо-, воздухопроводы;
26 - трубопроводы, насосы; 27 - тепловые сети
Твердое топливо поступает в виде железнодорожных или автомобильных маршрутов, которые разгружаются на специальных эстакадах. Оттуда топливо поступает на склад, где складируется в виде штабелей с обязательным уплотнением, предотвращающим его самовозгорание.
При факельном сжигании топливо со склада по транспортеру подается в дозирующий бункер, из которого через питатель поступает в систему пылеприготовления. Размол топлива и получение угольной пыли осуществляется в молотковых или шаробарабанных мельницах. Выбор схемы пылеприготовления и типа мельниц зависит от свойств топлива. После приготовления пыль из мельниц выносится потоком нагретого воздуха в сепаратор пыли, а затем в горелки и топку котла.
При слоевом сжигании твердого топлива уголь из бункера поступает через специальные питатели и забрасыватели в топку котла на колосниковую решетку. При немеханизированном сжигании твердого топлива все операции выполнятся вручную. Твердые отходы сжигания топлива в виде золы и шлака сбрасываются в отвалы или используются для строительных целей.
2. Цикл подачи воздуха на горение и удаление газообразных
продуктов сгорания после их очистки. Необходимый для горения
топлива воздух берется из верхней части помещения котельной и
вентиляторами по воздуховодам подается в воздухоподогреватели, а
затем в цикл подачи топлива для подогрева и транспорта твердого
топлива, образования топливовоздушной смеси в топливосжигаю-
щие устройства и топку котла. При горении топлива воздух перехо
дит в продукты горения, которые передают теплоту поверхностям
нагрева, а затем удаляются с помощью дымососов или естественной
тяги, создаваемой дымовой трубой. При сжигании твердого топлива
дымовые газы очищаются от летучей золы в золоуловителях.
3. Цикл подготовки питательной и подпиточной воды слу
жит для восполнения потерь рабочего тела. По действующим пра
вилам Госгортехнадзора питательная и подпиточная вода должны
иметь определенное качество как по составу взвешенных частиц,
железа и меди, так и содержанию растворимых газов О2 и CО2, a
также солей жесткости Са CО3 и Mg CО3 наличие которых снижает
надежность и эффективность работы котлов и всей системы тепло
снабжения потребителей. Поэтому в зависимости от качества ис-
|
|
|
ходной воды в котельных устанавливается специальная система во-доподготовки, которая включает в себя:
• механическую очистку воды от взвешенных частиц при ее
фильтровании через однослойные или двухслойные механические
фильтры с загрузкой антрацита и кварцевого песка, а при сильном
загрязнении известкование с коагуляцией с последующим осветле-
нием и фильтрованием;
• химическую очистку воды от солей жесткости - умягчение
и снижение щелочности исходной воды путем Na-катионирования,
Nа-Н, катионирования и других методов, при которых вода прохо-
дит через специальные фильтры с набивкой из активированного уг
ля (каменного угля, обработанного дымящейся серной кислотой),
насыщенного раствором NaCl или специальных ионообменных
смол. В этих фильтрах происходит замена, вытеснение катионов
Са+ и Mg+ на Na+, который в соединение анионами НСO - и СO - да-
ет соли, не образующие накипи на внутренней поверхности котель
ных труб;
• деаэрацию - процесс удаления из воды растворенных газов
О2 и СО2.
Дегазация может быть произведена химическим или термическим способом. Наибольшее распространение получила термическая деаэрация воды, основанная на законе Генри: растворимость в воде газов прямо пропорциональна парциальному давлению этого газа (рг)
где kpr - коэффициент растворимости газа, мг/(лПа);
рО, рП - давление над поверхностью воды, соответственно, полное и водяных паров, ати.
При нагревании воды давление пара будет расти и при температуре кипения рО = рП, следовательно, количество растворенных газов Gr = 0. Термическая деаэрация осуществляется в специальных устройствах - деаэраторах, которые подразделяются на вакуумные (рО < 1 ати), атмосферного типа (рО = 1 ати) и высокого давления (рО > 1 ати). В деаэраторе вода нагревается до температуры кипения, образующийся при этом выпар - смесь газов и паров воды, должен непрерывно удаляться в охладитель выпара, где пар конденсируется, а газы уходят в атмосферу.
4. Цикл генерации теплоносителя происходит в котлоагрега-
тах в процессе теплообмена и передачи теплоты от горячих продук
тов горения, полученных при сжигании топлива, к поверхностям
нагрева и рабочему телу. При этом в паровых котлах рабочее тело
(вода) меняет свое агрегатное состояние, а в водогрейных - только
теплосодержание.
В котлоагрегате за счет тепла газов происходит: 1) нагрев питательной воды от tпв до температуры насыщения t н, при которой вода кипит при данном давлении; 2) парообразование (испарения воды) -изменение агрегатного состояния; 3) перегрев пара до температуры tпп за счет подвода дополнительного количества теплоты. Если вся вода превращается в пар, тогда он считается сухим. Смесь кипящей воды и сухого пара образует насыщенный пар, сухость которого определяется отношением массовых долей сухого пара (тс) и кипящей воды (тв) х = тс / тв, следовательно, влажность пара ω = 1 - х.
Если обозначить энтальпию воды, нагретой до температуры
кипения (i '), тогда теплосодержание пара должно быть больше на
величину скрытой теплоты парообразования (r), необходимой для
разового перехода воды в пар: i " = i ' + r. Энтальпия насыщенности
влажного пара
Параметры теплоносителей при заданных значениях давления и температуры можно определить по Is-диаграммам или таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара. Таким образом, в котлоагрегатах каждому килограмму воды должно быть сообщено определенное количество теплоты:
• в водогрейных котлах
• в паровых котлах
В ходе этого процесса из-за разной плотности нагретой (ρГ) и холодной (ρХ) воды возникает естественная циркуляция. Движущее давление естественной циркуляции
P = Hg(ρГ – ρХ) (4.5)
где H - высота циркуляции, м;
g - ускорение свободного падения, м/с2.
Если в котлах невозможно осуществить надежную естественную циркуляцию, то создают систему принудительной циркуляции с помощью насосов. Циркуляция воды в поверхностях нагрева котла обеспечивает отвод теплоты. Поэтому при ее нарушении может произойти перегрев и выход из строя поверхностей нагрева котло-агрегата.
Другой отличительной чертой этого процесса является внут-рикотловая очистка рабочего тела. Так, для уменьшения концентрации веществ, загрязняющих котловую воду, производят периодическую или непрерывную продувку. При этом шлам, образующийся в котле, вместе с котловой водой сбрасывается в канализацию. Оставшиеся примеси могут попасть в пар с капельками воды, поэтому в паровых котлах производят его сепарацию, т. е. отделение воды от пара.
Пар из котлоагрегата поступает на общий коллектор, с которого он подается в систему теплоснабжения и на собственные нужды котельной, например, для разогрева мазута, нагрева воздуха, подогрева и деаэрации питательной воды, привода паровых насосов и других нужд.
5. Цикл теплоснабжения предусматривает транспорт теплоносителей и передачу теплоты потребителям. При этом теплоноситель заданных параметров по трубопроводам подается к теплоприемни-кам, отдает свой энергетический потенциал и в виде конденсата пара или охлажденной сетевой воды возвращается в котельную, где весь производственный процесс повторяется.
