Котельные установки

В зависимости от направлений движения газов и пара различают три основные схемы включения пароперегревателя в газовый поток: прямоточную, при которой газы и пар движутся в одном направлении; противоточную, где газы и пар движутся в противоположных направлениях; смешанную, в которой в одной части змеевиков пароперегревателя газы и пар движутся прямоточно, а в другой — в противоположных направлениях.

Оптимальной по условиям надежности работы является смешанная схема включения пароперегревателя, при которой первая по ходу пара часть пароперегревателя выполняется противоточной, а завершение перегрева пара происходит во второй его части при прямоточном движении теплоносителей. При этом в части змеевиков, расположенных в области наибольшей тепловой нагрузки пароперегревателя, в начале газохода будет умеренная температура пара, а завершение перегрева пара происходит при меньшей тепловой нагрузке.

Температуру пара в котлах с давлением до 2,4 МПа не регулируют. При давлении 3,9 МПа и выше температуру регулируют следующими способами: впрыском конденсата в пар; использованием поверхностных пароохладителей; с помощью газового регулирования путем изменения расхода продуктов сгорания через пароперегреватель либо перемещения положения факела в топке с помощью поворотных горелок.

Пароперегреватель должен иметь манометр, предохранительный клапан, запорный вентиль для отключения пароперегревателя от паровой магистрали, прибор для измерения температуры перегретого пара.

Водяные экономайзеры. В экономайзере питательная вода перед подачей в котел подогревается дымовыми газами за счет использования теплоты продуктов сгорания топлива. Наряду с предварительным подогревом возможно частичное испарение питательной воды, поступающей в барабан котла. В зависимости от температуры, до которой ведется подогрев воды, экономайзеры подразделяют на два типа — некипящие и кипящие. В некипящих экономайзерах по условиям надежности их работы подогрев воды ведут до температуры на 20 °С ниже температуры насыщенного пара в паровом котле или температуры кипения воды при имеющемся рабочем давлении в водогрейном котле. В кипящих экономайзерах происходит не только подогрев воды, но и частичное (до 15 мае. %) ее испарение.

В зависимости от металла, из которого изготавливают экономайзеры, их разделяют на чугунные и стальные. Чугунные экономайзеры используют при давлении в барабане котла не более 2,4 МПа, а стальные могут применяться при любых давлениях. В чугунных экономайзерах недопустимо кипение воды, так как это приводит к гидравлическим ударам и разрушению экономайзера. Для очистки поверхности нагрева водяные экономайзеры имеют обдувочные устройства.

Воздухоподогреватели. В современных котельных агрегатах воздухоподогреватель играет весьма существенную роль, воспринимая теплоту от отходящих газов и передавая ее воздуху, он уменьшает наиболее заметную статью потерь теплоты с уходящими газами. При использовании подогретого воздуха повышается температура горения топлива, интенсифицируется процесс сжигания, повышается коэффициент полезного действия котельного агрегата. Вместе с тем при установке воздушного подогревателя увеличиваются аэродинамические сопротивления воздушного и дымового трактов, которые преодолеваются созданием искусственной тяги, т.е. путем установки дымососа и вентилятора.

Температура подогрева воздуха выбирается в зависимости от способа сжигания и вида топлива. Для природного газа и мазута, сжигаемых в камерных топках, температура горячего воздуха составляет 200...250 °С, а для пылеугольного сжигания твердого топлива — 300...420°С.

При наличии в котельном агрегате экономайзера и воздухоподогревателя первым по ходу газа устанавливается экономайзер, а вторым — воздухоподогреватель, что позволяет более глубоко охладить продукты горения, так как температура холодного воздуха ниже температуры питательной воды на входе в экономайзер.

По принципу действия воздухоподогреватели разделяют на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативном воздухоподогревателе передача теплоты от продуктов сгорания к воздуху происходит непрерывно через разделительную стенку, по одну сторону которой движутся продукты сгорания, а по другую — нагреваемый воздух.

В регенеративных воздухоподогревателях передача теплоты от продуктов сгорания к нагреваемому воздуху осуществляется путем попеременного нагревания и охлаждения одной и той же поверхности нагрева.

Газопоршневые установки. Газопоршневая установка (ГПУ) предназначена для питания электроэнергией потребителей трехфазного (380/220 В, 50 Гц) переменного тока. Газовые электростанции используются в качестве источника постоянного и гарантированного электроснабжения больниц, банков, торговых комплексов, аэропортов, производственных и нефтегазодобывающих предприятий. Моторесурс газового двигателя выше, чем у бензогенераторов и дизельных электростанций, что приводит к уменьшению срока окупаемости. Использование газовых электрогенераторов позволяет владельцу быть независимым от плановых и аварийных отключений электроэнергии, а зачастую и вовсе отказаться от услуг поставщиков электроэнергии.

В основе работы газопоршневых двигателей (далее ГПД) лежит принцип действия двигателя внутреннего сгорания. ДВС – это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

На данный момент в промышленности выпускаются два типа поршневых двигателей, работающих на газе: газовые двигатели - с электрическим (искровым) зажиганием, и газодизели - с воспламенением газовоздушной смеси впрыском запального (жидкого) топлива. Газовые двигатели получили широкое применение в энергетике за счет повсеместной тенденции использования газа как более дешевого топлива (как природного, так и альтернативного) и относительно экологически более безопасного с точки зрения выбросов с выхлопными газами.

Из ГПУ с теплообменниками в принципе всё аналогично, но дополнительно используется система утилизации тепла.

Установка работает на нескольких видах топлива, имеет относительно низкий уровень начальных инвестиций за 1 кВт и обладает широкой линейкой выходной мощности.

Топливо для газопоршневых установок. Одним из важнейших моментов при выборе типа ГТУ является изучение состава топлива. Производители газовых двигателей предъявляют свои требования к качеству и составу топлива для каждой модели.

В настоящее время многие производители проводят адаптацию своих двигателей под соответствующее топливо, что в большинстве случаев не занимает много времени и не требует больших финансовых затрат.

Помимо природного газа, газопоршневые установки могут использовать в качестве топлива: пропан, бутан, попутный нефтяной газ, газы химической промышленности, коксовый газ, древесный газ, пиролизный газ, газ мусорных свалок, газ сточных вод и т. д.

Применение в качестве топлива перечисленных специфических газов вносит важный вклад в сохранение окружающей среды и кроме того позволяет использовать регенеративные источники энергии.

Газорегуляторный пункт. Газорегуляторный пункт – система устройств для автоматического снижения и поддержания постоянного давления газа в распределительных газопроводах. Газорегуляторный пункт включает регулятор давления для поддержания давления газа, фильтр для улавливания механических примесей, предохранительные клапаны, препятствующие попаданию газа в распределительные газопроводы при аварийном давлении газа сверх допустимых параметров, и контрольно-измерительные приборы для учёта количества проходящего газа, температуры, давления и телеметрического измерения этих параметров.

Газорегуляторные пункты сооружаются на городских распределительных газопроводах, а также на территории промышленных и коммунально-бытовых предприятий, имеющих разветвленную сеть газопроводов. Пункты, монтируемые непосредственно у потребителей и предназначенные для снабжения газом котлов, печей и др. агрегатов, обычно называют газорегуляторными устройствами. В зависимости от давления газа на входе газорегуляторные пункты бывают: среднего (от 0,05 до 3 кгс/см2) и высокого (до 12 кгс/см2) давления (1 кгс/см2 =0,1Мн/м2).

Предохранительные устройства и контрольно-измерительные приборы. Для водогрейных котлов предохраняющим устройством от повышения в них давления могут служить обводные линии с обратными клапанами (рис.), пропускающие воду в направлении от котла к трубопроводу системы отопления. При таком несложном устройстве, если задвижки, установленные у котла, почему-либо окажутся закрытыми, то все равно связь с атмосферой через расширительный, сосуд не нарушится.

Если на трубопроводе между котлами и расширительным сосудом кроме указанных задвижек имеется другая какая-либо запорная арматура, то должны быть установлены рычажные предохранительное клапаны .

Паровые котлы при до 70 кПа снабжаются предохранительным устройством в виде гидравлического затвора

Для безопасной и правильной эксплуатации паровые котлы кроме предохранительных устройств снабжают водоуказательными приборами, пробочными кранами и манометрами.

 Для учета расхода питательной воды, подаваемой в паровой котел, или воды, циркулирующей в системе водяного отопления, устанавливают водомер или диафрагмы. Для измерения температуры воды, поступающей в систему водяного отопления и возвращающейся в котел, предусматривают в специальных футлярах термометры.

1.4 Виды и свойства топлива, сжигаемого в отопительных котельных

Топливо – это горючее вещество, использование которого для получения теплоты экономически оправдано. Целесообразность применения тех или иных горючих веществ в качестве топлива должна обосновываться технико-экономическими факторами: стоимость добычи и транспортировки; теплота сгорания, влияние на окружающую среду; доступность для широкого использования и т.п.

Топливо состоит из горючей и негорючей частей. Горючей частью является углерод, водород и сера, а негорючей — кислород, азот. зола и влага.

Различают твердое, жидкое и газообразное топливо. Твердое топливо — дрова, торф, бурый и каменный угли, сланцы; жидкое — нефть и продукты ее переработки — мазут, керосин и др., газообразное — природные и искусственные газы.

Различают также естественное топливо, непосредственно существующее в природе — дрова, уголь, торф, природный газ, и искусственное, являющееся продуктом переработки естественного топлива — древесный уголь, мазут, искусственные газы и др.

В зависимости от величины теплоты сгорания различают высокосортное топливо (с высокой теплотой сгорания) и низкосортное.

Из твердых топлив в отопительных котельных в основном сжигают ископаемые угли, которые делятся на три группы — бурые, каменные и антрациты.

Из жидких топлив в отопительных котельных применяют мазут — остаточный продукт переработки нефти с плотностью 0,96—0,98 т/м3. Его хранят в подземных стальных или железобетонных резервуарах, установленных вне котельных. Емкость резервуаров рассчитывают на потребность не менее 15 сут. работы котельной.

Газообразное топливо — это смесь горючих и негорючих газов. В естественном газе в основном содержатся метан, этан и тяжелые углеводороды, а также негорючие газы — углекислый газ и азот . В среднем природные газы состоят из 96% метана, 2% этана, 0,5% тяжелых углеводородов и 1,5% углекислого газа и азота.

По сравнению с твердым топливом газообразное имеет ряд преимуществ — простота и меньшая трудоемкость обслуживания котлов; лучшее перемешивание горючего а с воздухом, в результате чего возможно горение с наименьшим избытком воздуха и, следовательно, меньшими потерями тепла с отходящими газами.

Однако при сжигании газа следует учитывать и особенности этого процесса — взрывоопасность и ядовитость газа. Природный газ при содержании его в воздухе от 3,8 до 17,8% (по объему) образует смесь, которая от огня или искры взрывается. Утечки газа опасны и потому, что он ядовит. Поэтому природный газ, не имеющий цвета, вкуса и запаха, предварительно одоризуют, добавляя к нему вещества с сильным запахом.

Экономичность котла оценивается его коэффициентом полезного действия, который для всех типов чугунных котлов, работающих на твердом топливе, равен 0,6—0,7, а при работе на газообразном топливе 0,8-0,85.

Коэффициент полезного действия котельной установки — отношение количества тепла, выработанного этой установкой, к теплоте сгорания всего сожженного в котлах топлива.

Подробную информацию о технических решениях по применению видов топлива и о требованиях к проектированию котельных установок можно найти в СНиП II-35-76 «Котельные установки», гл. 4:

4.2 Для котельных производительностью более 20 Гкал/ч, для которых газообразное топливо установлено в качестве основного, должно предусматриваться резервное топливо - топочный мазут. При разработке проектов котельных эти виды топлива следует рассматривать как равнозначные.

4.3 Для котельных производительностью 20 Гкал/ч резервное топливо к газообразному не предусматривается; для этих котельных, отнесенных к первой категории, может предусматриваться аварийное жидкое топливо, необходимость которого, а также его вид (топочный мазут, легкое нефтяное топливо) определяется органом, устанавливающим виды топлива для проектируемой котельной.

4.4 При переводе котельных с котлами, оборудованными камерными топками для сжигания твердого топлива, на сжигание газообразного в качестве резервного должно сохраняться твердое топливо.

4.5 Растопку и «подсвечивание» котлов с камерными топками для сжигания твердого топлива следует предусматривать топочным мазутом или газообразным топливом.

1.5 Водоподготовка и водно-химический режим

Водоподготовка — обработка воды, поступающей из природного водоисточника, например, водозаборных сооружений, для различных нужд, например, хозяйственно-бытовых, технологических: на питание паровых и водогрейных котлов или для различных технологических целей. Водоподготовка производится на ТЭС, транспорте, в коммунальном хозяйстве, на промышленных предприятиях.

Водоподготовка заключается в освобождении воды от грубодисперсных и коллоидных примесей и содержащихся в ней солей, тем самым предотвращается отложение накипи, унос солей паром, коррозия металлов, а также загрязнение обрабатываемых материалов при использовании воды в технологических процессах.

Водоподготовка включает следующие основные методы (этапы) обработки:

·                   осветление (удаление из воды коагуляцией, отстаиванием и фильтрованием коллоидальных и суспензированных загрязнений);

·                   умягчение (устранение жёсткости воды осаждением солей кальция и магния, известью и содой или удаление их из воды катионированием);

·                   обессоливание и обескремнивание (ионный обмен или дистилляцией в испарителях);

·                   удаление растворённых газов (термическим или химическим методом) и окислов железа и меди (фильтрованием).

В Строительных нормах и правилах СНиП II-35-76, гл. 10, оговорены общие требования, применяемые к водоподготовке.

Водно-химический режим работы котельной должен обеспечивать работу котлов, пароводяного тракта, теплоиспользующего оборудования и тепловых сетей без коррозионных повреждений и отложений накипи и шлама на внутренних поверхностях, получение пара и воды требуемого качества.

Технологию обработки воды следует выбирать в зависимости от требований к качеству пара, питательной и котловой воды, воды для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, количества и качества сбрасываемых стоков, а также от качества исходной воды.

Показатели качества исходной воды для питания паровых котлов, производственных потребителей и подпитки тепловых сетей закрытых систем теплоснабжения необходимо выбирать на основании анализов, выполненных в соответствии с ГОСТ 2761-57* «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Правила выбора и оценки качества».

Вода для подпитки тепловых сетей открытых систем теплоснабжения и систем горячего водоснабжения должна отвечать ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая».

Показатели качества пара и питательной воды паровых котлов должны соответствовать ГОСТ 20995-75 «Котлы паровые стационарные давлением до 4 МПа. Показатели качества питательной воды и пара».

Способ обработки воды для питания паровых котлов следует принимать исходя из указанных требований СНиП II-35-76.

Так же в СНиП оговорены нормы обработки воды систем теплоснабжения и горячего водоснабжения.

Технология обработки воды для открытых систем теплоснабжения и систем горячего водоснабжения, а также применяемые реагенты и материалы не должны ухудшать качество исходной воды. При выборе реагентов и материалов необходимо руководствоваться Перечнем новых материалов и реагентов, разрешенных Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Министерства здравоохранения РФ для применения в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Объем химического контроля качества воды для тепловых сетей открытых систем теплоснабжения и систем горячего водоснабжения должен соответствовать ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая».

При выборе оборудования для обработки исходной воды и конденсата, а также оборудования реагентного хозяйства, кроме указаний настоящего раздела, следует руководствоваться строительными нормами и правилами по проектированию наружных сетей и сооружений водоснабжения СНиП 2.04.02-84*.

1.6 Размещение и компоновка котельных

В зданиях дошкольных учреждений и учебных заведений встроенные котельные допускаются только для собственных нужд. Размещение котельных в больничных корпусах вообще не допускается. Их располагают в отдельных хозяйственных корпусах.

Максимальная мощность встроенных котельных не должна превышать: при работе на жидком и газообразном топливе — 3,5 МВт, на твердом топливе, в зависимости от сернистости и зольности, 0,6 — 1,7 МВт. Не разрешается размещать котельные под основными помещениями зданий общественного назначения (торговыми залами магазинов, фойе и зрительными залами зрелищных предприятий, классами и аудиториями учебных заведений, групповыми комнатами дошкольных учреждений).

Сблокированные котельные устраивают в коммунально-бытовых и производственных предприятиях, если близость расположения их не влияет на технологические процессы производства, не ухудшает санитарно-гигиенические условия и допускается противопожарными нормами (не создает пожарную опасность). Отдельно стоящие котельные следует размещать, как правило, в центре тепловых нагрузок с учетом розы ветров.

Площадка для строительства котельных должна удовлетворять требованиям СНиП П-М.1-71 и должна быть увязана с проектом планировки и застройки населенного пункта.

Так же выбор места расположения котельной зависит от архитектурных условий (расположения дымовой трубы в комплексе зданий), уровня грунтовых вод, возможности рационально разместить склад топлива и др.

Площадь основного котельного помещения определяют после выбора типа котлов и расчета их количества.

Требования по размещению котельных определены СНиП II-35-76 «Котельные установки».

2. Экскурсия по котельной

Во время прохождения практики познакомились с принципами работы пунктов теплоснабжения, с видами оборудования и процессами, протекающими в различных агрегатах.

На одной из экскурсий посетили котельную, отапливающую главное здание Южно-Уральского Государственного Университета и бассейн СК ЮУрГУ.

В здании котельной находятся три котла, которые работают на природном газе среднего давления.

На котлах установлено следующее оборудование:

·                   горелки с электромагнитными клапанами, регулирующими подачу газа;

·                   амбразура, которая регулирует расход газа;

·                   центробежные вентиляторы, служащие для обогащения газовой смеси кислородом;

·                   бионообменные фильтры (используются для умягчения воды);

·                   диараторы (устройства для обезгаживания воды);

·                   на котлах располагаются два сбросных клапана, для снятия давления;

·                   расширительные баки – для температурного расширения воды;

·                   также котлы оборудованы вибровставками, которые препятствуют расшатыванию системы.

Помещение котельной представляет повышенную опасность для окружающих строений. Поэтому оно оборудовано специальными дверьми, которые открываются только наружу, покрыто легко сбрасываемой кровлей, присутствует естественная вытяжная вентиляция.

Страницы: 1, 2