Индивидуальное задание по изучению оборудования и процессов теплоэнергетических установок (стр. 2 из 3)

СЕКЦИОНИРОВАННЫЕ ЧУГУННЫЕ КОТЛЫ

Широко распространенный секционированный чугунный отопительный котел рассчитан на максимальное избыточное давление ок. 100 кПа. Он состоит из отдельных чугунных секций, собираемых вместе подобно радиаторам центрального отопления. В крупных паровых котлах такого типа пар из каждой секции поступает в продольный верхний коллектор, а конденсат возвращается по двум нижним продольным коллекторам, расположенным по разные стороны секций. Основное достоинство такого котла состоит в легкости его демонтажа на небольшие блоки. Кроме того, при необходимости его легко наращивать. Однако в случае слишком быстрого разогрева при холодном пуске такой котел может дать трещину; для ремонта же, скажем, средней секции необходима полная разборка. Секционированные котлы работают с довольно высоким КПД и быстро разогреваются, поскольку внутренние поверхности секций образуют непосредственно топочную камеру. Чугунные секции такого котла не гарантируют безопасной работы при высоких давлениях пара; поэтому его тепловая мощность не превышает примерно 200 кВт, а максимальная производительность составляет ок. 4300 кг пара в час. Для этого требуется тепловыделение топлива КОТЕЛ ПАРОВОЙ12 ГДж/ч, что соответствует сжиганию ок. 300 кг антрацита в час.

СОВРЕМЕННЫЕ БЛОЧНО-ТРАНСПОРТИРУЕМЫЕ КОТЛЫ

Во время Второй мировой войны возник огромный спрос на мощные, компактные модульные парогенераторы, простые в эксплуатации и техническом обслуживании, для использования вооруженными силами на суше и на море. Дальнейшее развитие в этом направлении привело к созданию компактных блочно-транспортируемых автоматизированных агрегатов, полностью оборудованных всей контрольно-измерительной аппаратурой и готовых к пуску сразу же, как только после доставки на место к ним будут подключены вода, электроэнергия, топливоподводы и дымоходы. В настоящее время промышленность выпускает такие модули тепловой мощностью до нескольких тысяч киловатт с рабочим давлением до 9 МПа. Они поставляются полностью собранными на опорной раме или плите из конструкционной стали с равномерным распределением веса и допускают стационарную установку на обычном промышленном полу или на постаменте.

ТОПКА ПАРОВОГО КОТЛА

Топка котла - это один из важнейших агрегатов парогенераторной системы. В топке сжигается топливо, в результате чего выделяется тепло, которое передается через металлические стенки рабочей жидкости и превращает ее в пар.

Конструкция. Современная топка представляет собой клетку из вертикальных труб, присоединенных концами к коллекторным барабанам малого диаметра, включенным в циркуляционную систему котла. С наружной стороны клетка снабжена легкой огнеупорной и теплоизолирующей обшивкой, вес которой несут сами трубы. Промежуток между обшивкой и трубами заполнен кирпичами специальной формовки, которые закрывают задние, т.е. наружные, поверхности труб, но оставляют открытыми их передние поверхности. В результате образуется довольно гладкая конструкция, на которой не задерживаются зола и шлак.

Топливо. Обычное твердое топливо (каменный уголь или дрова) располагается в виде горящего слоя на колосниковой решетке. Воздух пронизывает этот слой через возникающие сами по себе каналы в измельченном топливе. Если уголь коксуется, размягчаясь и частично спекаясь, то приходится время от времени его перемешивать, что способствует образованию новых и устранению слишком широких старых каналов. Так называемое подвижное топливо (угольная пыль, мазут или топливный газ) вводится в топку горелкой, в которой струя топлива смешивается с сильно закрученным потоком воздуха. Например, угольная пыль сначала подхватывается потоком первичного воздуха, которого, вообще говоря, недостаточно для полного сгорания. Горелка придает этому вращающемуся потоку форму узкого конуса. Затем к нему подводится полный поток вторичного воздуха, и конус дополнительно закручивается (рис. 4).

Рис. 4. ВИХРЕВАЯ ГОРЕЛКА для сжигания смеси угольной пыли с воздухом.

Для эффективной работы топки необходима тяга. Под тягой понимается разность давлений, заставляющая воздух и топочные газы проходить через топку и связанные с ней устройства. Поскольку эта разность давлений мала, тягу обычно указывают в миллиметрах водяного столба (1 мм вод. ст. равен 9,8 Па).

Дымовая труба. Самое простое устройство для создания тяги - дымовая труба без какого-либо механического оборудования. Тягу, создаваемую такой дымовой трубой, называют естественной. Эта тяга обусловлена разностью давлений столба нагретого газа, находящегося внутри высокой трубы, и такого же столба более холодного наружного воздуха. Чтобы возникла тяга, нужно вначале создать небольшую разность давлений в нижней части трубы. После этого развивается полная тяга, которая ограничивается только трением газов о стенки. Чем уже труба, тем сильнее эффект трения. Поскольку при температуре ниже 150° C тяга, развиваемая дымовой трубой, едва достаточна для преодоления сил трения в ней, современные электростанции работают исключительно с принудительной тягой, создаваемой ротационными вентиляторами и воздуходувками. Расположенная ниже топки воздуходувка гонит воздух под давлением, необходимым для преодоления сопротивления системы подготовки топлива, воздухоподогревателя и горящего слоя или горелок. Установленный над котлом вытяжной вентилятор, засасывая поток еще не остывших газов, создает разность давлений, необходимую для поддержания быстрого течения газов через котел и все другие теплообменные устройства.

ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ

Пароперегреватель - это теплообменный аппарат, предназначенный для повышения температуры пара выше нормальной точки кипения. Высокотемпературный перегретый пар позволяет повысить экономичность паровых машин и турбин, так как потребление ими пара снижается примерно на 1% с увеличением перегрева на 5° C. Верхняя граница температуры определяется лишь нагревостойкостью механического оборудования и материалов. Крупные электростанции работают с температурами перегретого пара до 500° C. Пароперегреватель изготавливается из стальных труб, образующих поверхность нагрева для проходящего по ним пара. Насыщенный пар из котла входит в один конец трубы и нагревается до нужной выходной температуры теплом топочных газов, подводимым к ее наружной поверхности. Площадь поверхности нагрева пароперегревателей примерно вдвое меньше площади поверхности нагрева котла при умеренных температурах пара и вдвое больше - при высоких. Хотя пароперегреватель может быть выполнен в виде подключенного к котлу отдельного агрегата с собственной топкой, как правило, пароперегреватели встраивают в систему парогенератора. Встроенные пароперегреватели бывают двух видов: радиационные и конвекционные. Поверхность радиационного пароперегревателя, расположенного так, что он воспринимает лучистую теплоту из зоны горения в топке парогенератора, передает пару в 2-3 раза больше тепла, чем такая же поверхность конвекционного. Конвекционные пароперегреватели размещаются в высокотемпературных зонах газовых проходов котлов.

ПАРОГЕНЕРАТОР

Парогенератором обычно называют котел, снабженный отдельными агрегатами или полным набором такого оборудования, как пароперегреватели, экономайзеры, воздухоподогреватели, промежуточные пароперегреватели, а также вспомогательным оборудованием, необходимым для нормальной работы установки. Современная парогенераторная установка может иметь следующие значения рабочих параметров: паропроизводительность более 4500 т/ч, давление 28 МПа, температура 550° C, КПД 85%.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Водоподготовка. Вопросы водоподготовки имеют важнейшее значение для эксплуатации современных котлов и парогенераторов. Дело в том, что минеральные соли, содержащиеся в воде, образуют накипь в водяных трубах. По мере ее накопления ухудшается теплопередача от топочных газов к воде в трубах, что может закончиться их прогаром. Таким образом, неправильная подготовка воды может привести не только к снижению КПД, но и к аварии. Характер и степень необходимой химической очистки воды зависят от качества источников воды для питания котла. Для снижения содержания минеральных солей в питательную воду, как правило, добавляют какое-либо химическое вещество, например натриевый цеолит. Из питательной воды необходимо также удалять растворенный в ней кислород, так как он вызывает ржавление труб котла. Важное значение имеет периодическая проверка и очистка труб. Все эти меры по защите котла на стороне воды существенно удорожают очищенную питательную воду по сравнению с обычной водопроводной. Нельзя забывать и о защите котла со стороны факела. Для снижения риска выгорания труб котла их в наиболее уязвимых местах покрывают современными плавленолитыми огнеупорами. Обязательно ведется непрерывный контроль за накоплениями золы на наружных стенках, и ее периодически удаляют. Такой контроль на крупных электростанциях ведется централизованно из диспетчерских с помощью замкнутых телевизионных систем.

Управление. В систему управления парового котла входят устройства для включения и выключения горения топлива, задания и регулирования расходов топлива, воздуха и воды, для сбора и обработки данных обратной связи от турбин и устройств, управляющих производительностью котла. В прошлом многие из этих функций выполнялись вручную. Позднее для реализации некоторых из них были применены электронные схемы, сначала на электровакуумных, а затем на полупроводниковых приборах.

Современная компьютерная техника произвела переворот в управлении паровыми котлами, как и многими другими системами.