Рис. 3.1 Газомазутный водогрейный котел типа ПТВМ-50-1
1-боковые экраны;
2-фронтовой экран;
3-задний экран;
4-конвективные поверхности;
5-горелки;
6-металлическая дымовая труба.
Газомазутный водогрейный котел типа ПТВМ-50-1 хорошо зарекомендовал себя в эксплуатации.
Водогрейные котлы ПТВ-50, ПТВМ-50-1 и ПТВМ-50 имеют по 12 газомазутных горелок с индивидуальными дутьевыми вентиляторами типа П-13-50 № 4, а котлы ПТВМ-100 - 16 горелок с вентиляторами ЭВР-6 производительностью по 9000 м3/ч. Облегченная обмуровка котлов типа ПТВМ укреплена непосредственно на экранных трубах и состоит из трех слоев: шамотобетона на глиноземистом цементе, минеральной ваты и уплотнительной газонепроницаемой обмазки (общая толщина обмуровки 115 мм, масса 1 м2 100 кг).
В последние 25 лет выпускаются котлы унифицированной серии, рассчитанные на теплопроизводительность от 4,6 до 209,4 МВт, в трех модификациях: KB-ГМ (К - котел, В - водогрейный, Г]\Д - газомазутный), KB-ТС (Т - твердое топливо, С - слоевой способ сжигания), КВ-ТК (Т - твердое топливо, К - камерный способ сжигания) [24].
С целью максимальной унификации водогрейные котлы мощностью от 4,6 до 209,4 МВт разделяют на 4 группы. К первой группе относятся водогрейные котлы мощностью 4,6 и 7,5 МВт, которые предназначены для сжигания газа, мазута и твердого топлива. Трубная система котлов поставляется единым блоком. Во вторую группу входят котлы мощностью 11,6; 23,2 и 35 МВт, предназначенные для работы на газомазутном и твердом топливе. В третью группу входят котлы мощностью 58, 116,3 и 209,4 МВт, предназначенные для работы на газе и мазуте. Четвертую группу составляют котлы такой же мощности, как и входящие в третью группу, но работающие на твердом топливе.
Котлы Дорогобужского котельного завода типа ПТВМ-ЗОМ П-образной компоновки (конструкция треста «Центроэнергомонтаж»), в процессе длительной эксплуатации зарекомендовали себя как устойчиво работающие агрегаты [5].
Многолетний опыт эксплуатации показал, что теплопроизводи- тельность котла может быть увеличена до 40 Гкал/ч при работе на газе и до 35 Гкал/ч при работе на мазуте; расход воды при этом составляет соответственно 495 и 435 т/ч. Котел снабжается двумя дутьевыми вентиляторами типа ВД-12 и дымососами Д- 15,5x2. Котлы ПТВМ-30М применяются в основном для районных отопительных котельных. Количество котлов, работающих в пиковом режиме, измеряется единицами.
Башенные котлы ПТВМ-50-1, ПТВМ-100 и ПТВМ-180 в основном аналогичны по конструкции и собираются или из одинаковых, или из подобных элементов, что обеспечивает унификацию их производства. Конструкция этих агрегатов допускает полуоткрытую их установку. В помещение заключена только нижняя часть котла, где расположены горелочные устройства, арматура, автоматика и дутьевые вентиляторы. Это снижает затраты на строительство здания котельной и создает удобства для летних ремонтов.
Для всех котлов, кроме ПТВМ-180, предусмотрена возможность их установки как со стальной дымовой трубой, непосредственно опирающейся на каркас котла, так и с отдельно стоящей железобетонной трубой. Трубы экранов для всех котлов приняты диаметром 60x3 мм с шагом 64 мм; трубы конвективной части - диаметром 28x3 мм с шагом s\ = 62 мм; s2 =32,5 мм. Относительный шаг экранных труб s/d = 1,07 принят по соображениям защиты от нагрева натрубной обмуровки. Вся трубная система подвешена к каркасной раме и свободно расширяется вниз вместе с облегченной натрубной обмуровкой. Конструкция котлов предусматривает их поставку крупными блоками, собираемыми на заводе-изготовителе. Обмуровка монтируется в единое целое с блоками котла.
Рис. 3.2 Блочный контактный экономайзер ЭК-БМ
1- входной патрубок горячих газов;
2- штуцер для отвода нагретой воды;
3- переливной патрубок (труба);
4- корпус;
5- люк;
6-рабочие слои кольцевых насадок;
7- слой кольцевых насадок, загруженный каналом;
8- каплеулавливающий насадочный слой;
9- люк-взрывной клапан;
10-патрубок для отвода охлажденных газов;
11-водораспредилитель;
Корпус блока экономайзера состоит их трех секций. Нижняя секция имеет плоское днище, к которому приваривают опорную раму и четыре несущие лапы, устанавливаемые на фундамент. В нижней секции имеется два штуцера: для отвода горячей воды и для дренажа и продувки водяного объема.
В средней секции имеется прямоугольный патрубок для подвода горячих дымовых газов, люк для осмотра, ремонта и выгрузки насадки. В секции имеется рама с решеткой, на которую укладывается два слоя насадки (1 слой колец высотой 1000 мм, уложенных рядами в шахматном порядке, и 2 слой высотой 200 мм навалом). В верхней секции имеются люки, служащие для загрузки и укладки колец рабочего слоя, осмотра и ремонта водораспределителя, а также для загрузки насадки каплеулавливающего слоя, патрубок для отвода охлажденных и осушенных газов, опорная решетка для установки каплеулавливающего слоя насадки высотой 200 мм.
Конструктивная схема блоков экономайзеров ЭК-БМ1-1 и ЭК-БМ1-2 одинакова, но габаритные размеры их различны: диаметр соответственно 1000 и 2000 мм, высота 4000 и 5000 мм, толщина стенок корпуса 4 и 5^6 мм.
Расположение патрубков, штуцеров и лазов зависит от компоновки экономайзеров в котельной.
Количество устанавливаемых блоков зависит от производительности котла и потребности в горячей воде. Экономайзер ЭК-БМ1-1 рассчитан на
пропуск дымовых газов от котла паропроизводительностью 2,5 т/ч и допускает перегрузку 50 %, ЭК-БМ1-2 - на пропуск газов от котла паропроизводительностью 10 т/ч с перегрузкой 50 %.
В ряде опытных образцов экономайзеров имеются встроенные декар-бонизаторы, служащие для снижения содержания в воде свободного ССЬ-
Принцип действия встроенного декарбонизатора заключается в том, что вода, нагреваемая в контактном экономайзере, самотеком поступает на слой насадки, продуваемой воздухом, где и происходит десорбция СС>2. При этом повышается рН воды. Отсос газовоздушной смеси можно производить с помощью дымососа котла либо специальным вентилятором низкого давления.
Установка встроенных декарбонизаторов в блочные экономайзеры ЭК-БМ1 не предусмотрена.
Обладая высокой тепловой эффективностью, насадочные противоточные теплоутилизаторы-экономайзеры ЭК-БМ1 конструкции НИИСТа имеют недостатки, главный из которых заключается в том, что качество нагретой контактным способом воды не удовлетворяет требованиям ГОСТ 2874-82* к питьевой воде. Противоток в насадочной камере позволяет работать при скоростях дымовых газов не более 2 4 - 3 м/с, при больших скоростях наблюдается повышенный унос воды и нарушение гидростатического режима контактной камеры [11,16,17].
Рис. 3.3 Принципиальная схема КТАН-утилизатора
1- система орошения; 2-блок насадок; 3-сепаратор; 4-заслонка; 5-бак орошающей воды; 6-насос; 7- регулятор уровня; 8- дымосос; 9- фильтр; 10,11- входной и выходной патрубки дымовых газов; 12,13- вход и выход нагреваемой воды;Ь14- трубопровод системы орошения; 15- байпасный газоход.
Поверхность нагрева, внутри которой циркулирует чистый поток воды, а снаружи орошаемая капельным теплоносителем и омываемая газами, и одновременно участвующая в теплообмене, называется активной насадкой (по сравнению с традиционными насадками, например, из колец Рашига).
Наружная поверхность насадки в КТАНе омывается газами и орошающей водой, что интенсифицирует теплообмен в аппарате. Теплота уходящих газов в КТАНе передается воде, протекающей внутри трубок активной насадки, двумя путями: 1)за счет непосредственной передачи теплоты газов и орошающей воды; 2) за счет конденсации на поверхности насадки части водяных паров, содержащихся в газах. Температура орошающей жидкости на входе в аппарат и выходе из него остается постоянной.
Конечная температура нагреваемой воды на выходе из насадки ограничена температурой мокрого термометра газов. При сжигании природного газа с коэффициентом избытка воздуха 1,0-И,5 температура мокрого термометра уходящих газов составляет 55-7-65 "С. Поэтому температура нагреваемой воды на выходе из активной насадки в расчетах принимается равной 50 °С.
Газы, пройдя насадку, поступают в сепарационное устройство, где капли воды отделяются от дымовых газов. Из аппарата дымовые газы выходят с относительной влажностью 95-И 00 %, что не исключает возможности конденсации водяных паров из газов в газоотводящем тракте после КТАНа. Для устранения этого необходимо производить подсушку газов путем перепуска части их объема помимо КТАНа и дальнейшего смешивания с уходящими газами (возможны другие способы подсушки газов [2]).
Для бесперебойной подачи орошающей воды устанавливают бак и насос.
Орошающая вода и конденсат водяных паров из продуктов сгорания собираются в нижней части КТАНа и самотеком стекают в сборный бак. Из сборного бака орошающая вода насосом подается к форсункам системы орошения. Отделение капельной влаги от газов и отвод ее из аппарата производится через сепарационное устройство. водится через сепарационное устройство.
В КТАНе применен прямоток газов и орошающей воды, что позволяет
осуществлять движение газов со скоростью до 10 м/с, при этом КТАН обладает достаточно низким аэродинамическим сопротивлением (примерно 300 Па).
Одновременно с процессами теплообмена в КТАНе происходит очистка утилизируемых газов от механических примесей неполного сгорания топлива, которые улавливаются орошающей жидкостью, собираются в баке-отстойнике и периодически удаляются. Может быть произведена селективная очистка от газовых компонентов в зависимости от состава орошающей жидкости.
Для котлов, работающих на природном газе, разработан типовой ряд КТАНов-утилизаторов теплоты уходящих газов. Расчетные параметры КТАНов-утилизаторов и тип котлоагрегатов, за которыми рекомендуется устанавливать аппараты, приведены в табл. 2.4. Для котлов теплопроизводительностью 0,23-И 16,3 МВт (0,2-И 00 Гкал/ч) разработано восемь типоразмеров КТАНов-утилизаторов. Если котел постоянно работает с пониженной теплопроизводительностью, то рекомендуется выбрать КТАН теплопроизводи тельностью на 10 %. Точнее теплопроизводительность КТАНа должна устанавливаться поверочным тепловым расчетом [15].
При конструировании типового ряда КТАНов предусмотрена унификация отдельных узлов различных аппаратов с целью упрощения изготовления их в заводских условиях. Принят принцип разбивки конструкции на блоки, из которых могут быть составлен КТАНы различных топоразмеров. Блоки активной насадки КТАН-0,25 УГ и КТАН-0,8 УГ позволяют образовать необходимую поверхность нагрева; путем удваивания составляется поверхность нагрева соответственно для КТАН-0,5 УГ и КТАН-1,5 УГ.
Блок активной насадки представляет собой трубный пучок с шахматным расположением труб, которые крепятся в трубной доске на сварке. Для изменения направления движения нагреваемой воды при прохождении через насадку с внешней стороны к трубной доске привариваются коллекторы.
Активная насадка является одноходовой со стороны уходящих газов и многоходовой со стороны нагреваемой воды. Количество ходов по нагре-
ваемой воде в одном блоке в зависимости от его размеров изменяется от 10 до 22.
Для КТАНов с теплопроизводительностью до 2,3 МВт активная насадка состоит из одного или двух блоков, поверхность нагрева которых разбита на две части: нижняя рассчитана на подогрев исходной воды от 5 до 20 "С, а верхняя — химочищенной воды с 20 до 50 "С. Площадь поверхности нагрева верхней части блока относится к нижней части как 5/8 к 3/8. Для КТАНов теплопроизводительностью 2,3 МВт и выше в целях унификации модульные блоки располагают в два ряда по высоте, что обеспечивает возможность подачи в нижние блоки исходной воды, а в верхние - химочищенной воды [2,9,11].
Количество блоков по ширине КТАНа (в горизонтальном ряду) принимают в зависимости от теплопроизводительности: для КТАН-2,3 УГ - два блока; КТАН-4,5 УГ - три блока; КТАН-6 УГ - четыре блока и для КТАН-12 УГ -восемь блоков.
Блок имеет следующие геометрические размеры: ширина 582 мм, высота 576 мм, длина 2380 мм, число трубок 100 штук; диаметр и толщина трубок - 32x2 мм; площадь поверхности нагрева 22,6 м2.
Размеры орошающей камеры в плане совпадают с размерами активной насадки. Внутри камеры расположены водяные коллекторы с форсунками.
Принцип конструирования орошающей камеры так же, как и активной насадки, является блочным. Для блока системы орошения применяются угловые с тангенциальным входом воды форсунки типа У-1, которые при диаметре выходного отверстия 6 мм в зависимости от давления воды создают необходимое распыление.
Для отделения капельной влаги от дымовых газов использован двухступенчатый сепаратор. В качестве первой ступени используется коленный сепаратор, где капельная вода из газа сепарируется под действием центробежных сил и, двигаясь по вогнутым поверхностям лопаток, стекает в латки, откуда отводится в сливной патрубок. В качестве второй ступени используется вертикальный жалюзийный сепаратор, принцип действия которого основан на инерционном способе каплеулавливания. Сепаратор представляет собой изогнутые жалюзийные каналы с углом раскрытия 120°. При изменении направления движения газового потока с помощью жалюзи капли под действием инерционной силы движутся в прежнем направлении и выделяются из газового потока. Для капель с диаметром >50 мкм эффективность каплеулови-теля около 100 % [12,19].
Рис. 3.4 Схема утилизации тепла продуктов сгорания с использованием конденсационного поверхностного теплообменника
1- теплоутилизатор;
2- сетчатый фильтр;
3- распредилительный клапан;
4- каплеуловитель;
5- гидропневматическое обдувочное устройство;
Теплоутилизатор 1 установлен в газоходе котла между экономайзером и дымососом. Уходящие продукты сгорания после экономайзера с температурой 120-Г-150 "С попадают на распределительный клапан 3, который делит их на два потока, основной поток газа (70-^80 %) направляется через сетчатый фильтр 2 в теплоутилизатор, второй (около 20-ьЗО %) - по обводной линии газохода. Сменный сетчатый фильтр устанавливается для защиты тепло- утилизатора от отложений, которые могут образоваться при переходе ко- тельной с мазута (резервного топлива) на природный газ. При работе на мазуте вместо сетчатого фильтра устанавливается шибер.
Процесс охлаждения продуктов сгорания в теплоутилизаторе ниже точки росы сопровождается уменьшением влагосодержания со 115 до 50 г/кг и выпадением конденсата в количестве 0,6-Ю,7 кг/ч на 1 м3 сжигаемого природного газа.
Температура продуктов сгорания после смешения поддерживается на уровне 65-Г-70 "С, что выше точки росы, влагосодержание - 65-7-70 г/кг и относительная влажность 50-7-55 %. Это позволяет при всех режимах работы котла исключить выпадение конденсата в газовом тракте.
Дополнительное аэродинамическое сопротивление, создаваемое теплоутилизатором (порядка 21 Па), преодолевается за счет уменьшения объема продуктов сгорания вследствие снижения их температуры, увеличения объемной массы и конденсации части водяных паров. При работе котельной на мазуте газы полностью направляются по обводному газоходу, минуя теплоутилизатор.
Образующийся конденсат собирается в поддоне и, минуя водоподгото вительную установку, направляется в бак декарбонизованной воды, откуда насосами подается в деаэратор для подпитки теплосети при закрытой системе теплоснабжения. При использовании этого конденсата обеспечивается также экономия реагентов, электроэнергии и воды и, кроме того, сокращаются сбросы продуктов регенерации от натрий-катионитных фильтров в окружающую среду благодаря уменьшению количества регенераций [8,9,13].
3.5 Расчет применения конденсационных экономайзеров (КЭ) для утилизации теплоты дымовых газов на примере РК «АЗИНО»
Экономия топлива, сжигаемого в котельных агрегатах, является актуальной задачей при решении проблемы снижения себестоимости отпускаемой тепловой энергии.
В настоящее время одним из способов повышения эффективности котельных является применение глубокой утилизации теплоты дымовых газов с использованием конденсационных экономайзеров.
В качестве объекта для внедрения конденсационных технологий рассматривается районная котельная «Азино». Место расположения г. Казань.
Установка конденсационных экономайзеров за котлом позволяет решить такие задачи, как глубокое охлаждение уходящих газов, тем самым снизив тепловое загрязнение окружающей среды, а также повысить эффективность использования топлива. Утилизируемую тепловую энергию можно использовать для подогрева сырой воды, подогрева обратной сетевой воды перед входом в водогрейный котел.
В конденсационном экономайзере происходит глубокое охлаждение продуктов сгорания до такой температуры, при которой удается сконденсировать максимально возможную часть водяных паров, содержащихся в уходящих газах и использовать скрытую теплоту конденсации. Кроме того, глубокое охлаждение газов позволяет полнее использовать и их физическую теплоту [1].
Утилизатор устанавливается за дымососом котла ПТВМ-180 через новые газоходы, часть газов (около 25 %) отбирается из газохода котла, проходит через утилизатор, охлаждается и возвращается обратно газоход.
Дымовые газы после утилизатора имеют температуру порядка 50°С и при смешивании с основным потоком нагреваются, и тем самым предотвращается опасность конденсации водяных паров в общем газоходе. Сам утилизатор и часть газохода после него изготавливаются из нержавеющей стали.
Смонтированное оборудование создает дополнительное аэродинамическое сопротивление. Увеличение сопротивления в утилизаторе частично компенсируется уменьшением объема дымовых газов после утилизатора, которое происходит в связи со снижением их температуры, конденсации и отвода части водяных паров. Таким образом, нет необходимости замены действующих дымососов. Сопротивление конденсационного экономайзера по ходу дымовых газов составит 8,1 мбар, а по воде –828 мбар.
Образовавшийся конденсат в корпусе утилизатора представляет собой обессоленную воду. Наличие в конденсате слабоосновной угольной кислоты (связывание CO2 водой) дает pH-3,5. Конденсат удаляется из корпуса утилизатора самотеком в пластиковый бак через штуцер снизу корпуса утилизатора, оборудованный гидрозатвором. Далее из бака через декарбонизатор конденсатным насосом в существующие баки сбора конденсата [7].
Таблица 3.1 Номинальные технические характеристики утилизатора тепла уходящих газов
| Показатель | Значение |
| Нагрузка, % | 75 |
| Теплосодержание максимальное, кВт | 41 800 |
| Расход воды через утилизатор, т/ч | 41 |
| Температура воды на входе в утилизатор, ˚С | 4[1] |
| Расход дымовых газов, кг/ч | 49 860 |
| Утилизатор тепла уходящих газов | |
| Температура газов после утилизатора | 48 |
| Температура воды после утилизатора | 64,9 |
| Мощность утилизатора, кВт | 2861 |
| Расход конденсата, кг/ч | 2354 |
| Сопротивление по дымовым газам, мбар | 8,1 |
| Гидравлическое сопротивление, мбар | 828 |
| Габаритные размеры: длина, ширина, высота, мм | 2000х2200х1570 |
| Вес (без воды), кг | 5500 |
| Объем водяной части экономайзера, л | 850 |
Себестоимость топливной составляющей – 600 руб./Гкал .
Стоимость сырой воды – 15,97 руб./м3
Значение «точки росы» продуктов сгорания зависит от величины избытка воздуха, которое можно определить по графику, представленному на рис. 3.5
Рисунок 3.5 Зависимость «точки росы» продуктов сгорания природного газа от коэффициента избытка воздуха
Количество влаги, конденсирующейся при охлаждении дымовых газов, также зависит от значения коэффициента избытка воздуха и может быть определено по графику, представленному на рис. 3.6
Рисунок 3.6 Зависимость влагосодержания продуктов полного сгорания природного газа от коэффициента избытка воздуха (средневзвешенное значение для газовых месторождений России и стран СНГ)
Количество теплоты, которое утилизируется в конденсационном экономайзере представляет собой сумму физической теплоты дымовых газов и скрытой теплоты конденсации водяных паров.
Количество теплоты:
, Гкал/ч
,
где Gдг – расход дымовых газов, нм3/ч;
сг – усредненная теплоемкость дымовых газов (определяется по таблице 1 в диапазоне температур 50-145°С), кДж/кг·°С;
tдг1 – средняя температура дымовых газов на входе в конденсационный экономайзер, °С;
tдг2 – температура дымовых газов на выходе из конденсационного экономайзера, °С;
Gвп – количество конденсирующихся водяных паров в экономайзере, кг/ч;
rвп – скрытая теплота конденсации водяных паров, кДж/кг;
0,75 – коэффициент полезного действия конденсационного экономайзера;
4,186 – переводной коэффициент из кДж в ккал.
Предполагается использовать конденсационный экономайзер для подогрева подпиточной воды.
При этом температура подпитки принимается на уровне 40 °С, так как температура нагретой воды перед ХВО не должна превышать данный предел. Температура нагрева подпитки в утилизаторе тепла регулируется расходом дымовых газов.Температура нагреваемой воды на выходе из конденсационного экономайзера для января:
48,57°С
где t1в – температура подпиточной воды на входе в конденсационный экономайзер, °С.
Gв – расход подпиточной воды, т/ч;
св – теплоемкость воды, ккал/кг·°С;
Таблица 3.2 Свойства дымовых газов
| t, °C | ρ, кг/м3 | ср, кДж/(кг·К) | λ·102, Вт/(м·К) | а·106, м2/с | µ·106, Па·с | ν·106, м2/с | Pr |
| 0 | 1,295 | 1,042 | 2,28 | 16,9 | 15,8 | 12,2 | 0,72 |
| 100 | 0,950 | 1,068 | 3,13 | 30,8 | 20,4 | 21,54 | 0,69 |
| 200 | 0,748 | 1,097 | 4,01 | 48,9 | 24,5 | 32,8 | 0,67 |
| 300 | 0,617 | 1,122 | 4,84 | 69,9 | 28,2 | 45,81 | 0,65 |
| 400 | 0,525 | 1,151 | 5,7 | 94,3 | 31,7 | 60,38 | 0,64 |
| 500 | 0,457 | 1,185 | 6,56 | 121,1 | 34,8 | 76,3 | 0,63 |
| 600 | 0,405 | 1,214 | 7,42 | 150,9 | 37,9 | 93,61 | 0,62 |
| 700 | 0,363 | 1,239 | 8,27 | 183,8 | 40,7 | 112,1 | 0,61 |
| 800 | 0,33 | 1,264 | 9,15 | 219,7 | 43,4 | 131,8 | 0,6 |
| 900 | 0,301 | 1,29 | 10 | 258 | 45,9 | 152,5 | 0,59 |
| 1000 | 0,275 | 1,306 | 10,9 | 303,4 | 48,4 | 174,3 | 0,58 |
| 1100 | 0,257 | 1,323 | 11,75 | 345,5 | 50,7 | 197,1 | 0,57 |
| 1200 | 0,240 | 1,340 | 12,62 | 392,4 | 53,0 | 221,0 | 0,56 |
Количество теплоты, утилизируемой в экономайзере:
, Гкал/мес.
,
где t - время работы котла в течение месяца, час.
Далее определяется увеличение выработки:
,
.
Аналогично определяется температуры воды на выходе из утилизатора, количество теплоты и увеличение выработки тепловой энергии для остальных месяцев работы котельной. Результаты расчета сведены в табл. 3.5
Таблица 3.3 Результаты расчета количества тепловой энергии, утилизируемой в конденсационном экономайзере
| Период | Температура воды на выходе из утилизатора, ⁰С | Количество теплоты, Гкал | Увеличение выработки, % |
| Октябрь | 50 | 398,66 | 1,91 |
| Ноябрь | 48,41 | 1313,74 | 1,75 |
| Декабрь | 50,81 | 1499,55 | 1,74 |
| Январь | 48,57 | 1437,23 | 1,628 |
| Февраль | 44,34 | 1226,67 | 1,67 |
| Март | 39,8 | 1175,48 | 2,0 |
| Апрель | 40,63 | 908,18 | 1,57 |
.
Экономический эффект от утилизации теплоты уходящих газов:
,
,
где Цтепло – себестоимость выработки тепловой энергии, руб./Гкал.
Количество тепловой энергии, содержащейся в полученном конденсате, образовавшемся при охлаждении части дымовых газов котельной:
Для остальных месяцев расчеты выполняются аналогично.в приложении х технического отчета представлен расчет по остальным месяцам. Результаты вычислений сведены в табл. 4.5.
Таблица 3.4 Результаты расчета тепловой энергии образовавшегося конденсата в утилизаторе
| Период | Количество теплоты, Гкал |
| Октябрь | 27,30 |
| Ноябрь | 90,68 |
| Декабрь | 97,73 |
| Январь | 98,95 |
Продолжение таблицы 3.4
| Февраль | 92,73 |
| Март | 95,45 |
| Апрель | 72,94 |
Годовой эффект полезного использования тепловой энергии конденсата в котельной составит:
,
.
Экономический эффект в денежном выражении за счет использования тепла конденсата:
.
Количество конденсата, образовавшегося при эксплуатации утилизатора:
,
.
Экономический эффект за счет полезного использования конденсата:
,
.
Суммарный экономический эффект за счет внедрения утилизатора тепла:
.
Вывод: Внедрение конденсационного утилизатора теплоты дымовых газов на котельной РК «Азино» позволит снизить затраты на подогрев сырой воды, а также сократить объем подпитки за счет полезного использования конденсата, образовавшегося при глубоком охлаждении части дымовых газов
Глубокое охлаждение уходящих дымовых газов получает все более широкое распространение, что обусловлено энергосбережением и снижением вредных выбросов в атмосферу. Для этой цели используют контактные и контактно-поверхностные теплоутилизаторы-экономайзеры, контактные теплообменники с активной насадкой (КТАНы) и конденсационные поверхностные теплообменники.
По простоте конструкции и изготовления преимущество имеют конденсационные поверхностные теплообменники. По интенсивности теплообмена, компактности, аэродинамическому сопротивлению оба типа теплообменников (поверхностные и контактные) примерно равноценны. С точки зрения экологической контактные экономайзеры имеют преимущества перед конденсационными поверхностными теплообменниками.
По качеству нагретой воды преимущество за поверхностными теплообменниками и КТАНами, поскольку нагретая вода и газы в них не контактируют друг с другом. В связи с этим они могут быть применены для нагрева воды в низкотемпературных системах отопления (t0 =30-40 °С).
Охлаждение дымовых газов в конденсационных теплоутилизаторах ниже точки росы резко снижает их влагосодержание, но не исключает возможности конденсации остаточных водяных паров в газоходах и дымовой трубе, особенно в холодное время года. Имеются два приемлемых пути обеспечения надежной работы газового тракта после конденсационного теплоутилизатора: покрытие внутренних поверхностей газоходов и дымовой трубы защитной гидроизоляцией; предотвращение конденсатообразования за счет подогрева продуктов сгорания после теплоутилизатора.
КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК НА ТЭС
Устройство и обслуживание котельных установок должны соответствовать «Правилам устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов», «Правилам взрывобезопасности установок для приготовления и сжигания топлива и пылевидном состоянии», «Правилам взрывобезопасности при пользовании мазута в котельных установках» и «Правилам безопасности в газовом хозяйстве». Предохранительные и взрывные клапаны котла (пароводяного тракта, топки и газоходов) должны иметь отводы для удаления пароводяной смеси и взрывных газов при срабатывании клапанов за пределы рабочего помещения в места, безопасные для обслуживающего персонала, или должны быть ограждены отбойными щитами со стороны возможного нахождения людей.
Запрещается заклинивать предохранительные клапаны работающих котлов или увеличивать нажатие на тарелки клапанов путем увеличения массы груза или каким-либо другим способом. Грузы рычажных предохранительных клапанов должны быть застопорены и опломбированны так, чтобы исключалась возможность их самопроизвольного перемещения.
К форсункам котла должен быть обеспечен свободный доступ для обслуживания и ремонта [18].
Во избежание ожогов при обратном ударе пламени на отверстиях для установки форсунок экраны, а вентили, регулирующие подачу топлива и воздух к форсункам, или их приводы должны располагаться в стороне от отверстий.
Запрещается во время обхода открывать люки, лазы на котле, за исключением кратковременного открытия смотровых лючков и гляделок при условии нахождения сбоку от них.
Запрещается зажигать топливо в топках при открытых газах и гляделках. Смотровые лючки для постоянного наблюдения за факелом закрыты стеклом. У котлов, работающих под наддувом, предусмотрены устройства, предотвращающие разрыв стекол. Персонал, производящий осмотр, должен надевать защитные очки.
Перед растопкой котла на нем прекращены все ремонтные работы, а весь персонал, не имеющий отношение к растопке, выведен начальником смены цеха (блока) [19,20].
На соседних котлах прекращены все ремонтные работы, выполняемые вне топок и газоходов на сторонах, обращенных к растапливаемому котлу или находящихся в пределах прямой видимости от него (фронтовая и задняя стены, потолочные перекрытия).
Работы на котле возобновляются по указанию дежурного персонала.
При продувке нижних точек котлов сначала следует открывать полностью первый по ходу продуваемой среды вентиль, затем постепенно второй. По окончании продувки надо сначала закрыть второй по ходу вентиль, затем первый.
При внезапном прекращении подачи газа в котельную отключающие устройства на вводе газопровода в котельную и у котлов перекрыты, а продувочные свечи на отключенном газопроводе открыты.
Запрещается стоять против открытых гляделок, смотровых или шуровочных люков при осмотре или выполнении шуровочных работ.
Перед проведением импульсной (термоволновой) и др. механизированных видов очистки поверхностей нагрева котла и регенеративных воздухоподогревателей персонал удален из зоны расположения очищаемых элементов котла. Осмотры и ремонт в этой зоне в период очистки запрещаются [17].
Перед обдувкой поверхностей нагрева котла увеличена тяга и обеспечен устойчивый режим горения. Обдувка может производиться только с разрешения лица, непосредственно ведущего режим котла.
Механизированная обдувка котла стационарными обдувочными устройствами должна выполняться в соответствии со специальными инструкциями.
При отсутствии стационарных обдувочных устройств допускается производить обдувку вручную.
При ручной обдувке персонал должен надевать защитные очки, рукавицы и каски с пелериной.
Перед обдувкой проверена устойчивость гидрозатвора в устройствах непрерывного удаления шлака и золы из топки.
На котлах с устройством периодического спуска шлака и золы запрещается производить одновременно обдувку котла и спуск шлака и золы.
Если при обдувке выбиваются газы и зола из обдувочного люка и темнеет топка или появляется постоянный шум, обдувка прекращена.
Запрещается при обдувке котла сжатым воздухом открывать воздушный вентиль до ввода трубы в топку и удалять трубу из топки до закрытия вентиля. Открывать лючки следует на себя, стоя в стороне от них, надев защитные очки и рукавицы.
Запрещается при обдувке котла пароводяной смесью открывать лючки и гляделки на обдуваемой стороне топки [16,19].
При продувке водоуказательных приборов операции необходимо выполнять в следующем порядке:
- открыть постепенно на небольшой угол нижний продувочный вентиль;
- закрыть нижний (водяной) быстродействующий кран на 8-10с, после чего вновь его открыть;
- закрыть верхний (паровой) быстродействующий кран на 8-10с, затем опять открыть;
- закрыть нижний продувочный вентиль.
Продувочная пароводяная смесь должна удаляться в воронку, закрытую
крышкой с отверстием для дренажной трубки и находящуюся после нижнего продувочного вентиля.
Во время продувки рабочий должен находиться сбоку от водомерного стекла и выполнять все операции в защитных очках и брезентовых рукавицах.
Работы в элементах котельной установки, а также в воздуховодах и газоходах должны производиться при условии:
- отключения их от действующего оборудования и трубопроводов пара, воды, мазута, газа и воздуха в соответствии с требованиями действующих правил и установки заглушек на отключающей фланцевой арматуре по пару, воде, мазуту и газу;
- вентиляции их от вредных газов и проверки воздуха на загазованность;
- соблюдения требований действующих правил;
- снятия с электродвигателей тягодутьевых установок напряжения в соответствии с требованиями правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок.
При работе внутри элементов котельной установки, газоходов и воздуховодов с переносными электрическими светильниками количество ламп не менее двух с питанием их от разных источников напряжением 12 В. допускается также отношение аккумуляторными и батарейными фонарями.
Внутри топки котла допускается применять светильники общего освещения с лампами накаливания напряжением до 220 В. При этом светильники расположены на высоте не менее 2,5 м над рабочими местами или приняты меры, исключающие возможность доступа к лампе без применения инструмента. Электропроводка выполнена защищенным проводом или проложена в металлорукавах [7,11,21].
При недостаточном освещении внутри топки котла допускается использование прожектора на напряжение 220 В, устанавливаемого вне топки котла в недоступном для работающих месте. Осветительные приборы, должен устанавливать электротехнический персонал.
Запрещается допуск ремонтного персонала на элементы котельной установки, газоходы и воздухоходы до окончания очистки стен и трубных элементов от шлака, золы и очаговых остатков.
Запрещается, работать в топке при наличии в ней нависших глыб шлака или кирпичей, грозящих обвалом.
Сбивать нависшие глыбы в топке котла следует через лазы, люки и гляделки после предварительной заливки их водой.
Оставшиеся на стенках шлаковые наросты и шлаковые образования с верхних частей топки можно сбивать, находясь в топке. Прежде чем залезть в топку, следует убедиться в надежности опоры для ног в ней.
Очистка котлов и его элементов должна производиться по ходу дымовых газов. Сбивать шлак со стен в топке котла следует сверху вниз. Рабочим запрещается находиться ниже участка, подвергаемого очистке.
При большом количестве шлака в топке сбивать его следует не сразу по всей ширине, а сначала пробить небольшую вертикальную борозду и по ней направлять вниз летучую золу, поливая ее водой. Затем постепенно расширять борозду и продолжать спуск золы.
Во избежание сползания шлака запрещается очистка топки одновременно по нескольким бороздам.
При заливке водой горячей золы и шлака рабочий должен находиться на таком расстоянии от них, чтобы образующийся при этом пар не мог попасть на него. Заливать горячую золу и шлак следует только распыленной водой. Рабочий, производящий заливку, должен быть в теплой спецодежде, каске с пелериной, респираторе и защитных очках. Заливать шлак или золу под ногами у себя или у других рабочих запрещается [9].
Электродвигатели напряжением выше 12 В и переносные понижающие трансформаторы, к которым присоединяются переносные ручные светильники или электрифицированный инструмент, следует устанавливать снаружи барабана около газа. Корпус и один из выводов обмотки низшего напряжения трансформатора должен иметь заземление.
Применяемое в этих случаях электрооборудование должно соответствовать требованием ГОСТ 12.2.007.0-75 ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности и ГОСТ 12.2.013. 0-19 ССБТ. Машины ручные электрические. Общие требования безопасности и методы испытаний.
Требования безопасности перед началом работы
Одеть предусмотренную нормами спецодежду. Проверить наличие первичных средств пожаротушения, ознакомиться с записями в сменном журнале и проверить исправность обслуживаемых котлов и относящегося к ним оборудования, а также исправность аварийного освещения, телефонной связи (или звуковой сигнализации) для вызова в экстренных случаях представителей администрации и связи котельной с местами потребления пара.
Прием и сдача смены оформляется в сменном журнале за подписями ответственных по смене лиц. Записи в журнале ежедневно проверяет лицо, ответственное за безопасную эксплуатацию котлов. Не разрешается принимать и сдавать дежурство во время ликвидации аварии в котельной.
Перед растопкой котла следует проверить: исправность топки и газоходов, запорных и регулирующих устройств; исправность контрольно - измерительных приборов, питательных устройств, вентиляторов, а также наличие естественной тяги; исправность оборудования для сжигания жидкого или газообразного топлива; уровень воды в котле, герметичность фланцев, запорной арматуры, люков; отсутствие заглушек на продувочных, спускных и питательных паропроводах, мазутопроводах, газопроводах, а также до и после предохранительного клапана; отсутствие в топке и газоходах посторонних предметов.
Запрещается пуск в работу котлов с неисправными: арматурой, питательными приборами, средствами автоматики, средствами противоаварийной защиты и сигнализации.
Непосредственно перед растопкой котла должна быть произведена вентиляция топки и газоходов в течение 10 - 15 мин [20].
Требования безопасности во время работы
Растопка котлов должна производиться только при наличии распоряжения, записанного в сменном журнале ответственным за безопасную эксплуатацию котлов.
Время начала растопки и пуска котла в работу должно фиксироваться в сменном журнале.
Режим растопки котлов должен соответствовать требованиям документации завода - изготовителя. Не допускается применение при растопке котла, работающего на твердом топливе, легковоспламеняющихся нефтепродуктов (бензин, керосин, дизельное топливо и др.).
Подтягивание болтовых соединений, лючков и т.п. во время растопки котла должно производиться с соблюдением необходимой предосторожности в присутствии лица, ответственного за безопасную эксплуатацию котла, с применением стандартных ключей без использования удлиняющих рычагов.
Во время дежурства работники котельной должны следить за исправностью котла и всего оборудования котельной и строго соблюдать установленный режим работы котла. Выявляемые в процессе работы оборудования неисправности должны фиксироваться в сменном журнале. Работники должны принимать немедленные меры к устранению неисправностей, угрожающих безопасной и безаварийной работе оборудования. Если неисправности устранить собственными силами невозможно, то необходимо сообщить об этом лицу, ответственному за безопасную эксплуатацию котлов, и принять меры по остановке работы котла [15,16,17].
Во время работы следует поддерживать установленные: уровень воды в котле и равномерное питание его водой. При этом нельзя допускать, чтобы уровень воды спускался ниже допустимого низшего уровня или поднимался выше допустимого высшего уровня; давление пара. Не разрешается повышение давления пара выше допустимого; температуру перегретого пара, а также температуру питательной воды после экономайзера; нормальную работу горелок (форсунок).
При работе котла не реже одного раза в смену следует осуществлять проверку: исправности действия манометров с помощью трехходовых кранов или заменяющих их запорных вентилей; водоуказательных приборов (продувкой); исправности действия предохранительных клапанов (продувкой); исправности питательных насосов, путем кратковременного пуска каждого из них в работу.
Периодическая продувка котла должна производиться в присутствии лица, ответственного за безопасную эксплуатацию котлов. До продувки необходимо убедиться в исправности водоуказательных приборов, питательных устройств, наличии воды в питательных баках. Открытие продувочной арматуры должно производиться осторожно и постепенно. Во время продувки необходимо вести наблюдение за уровнем воды в котле и не допускать его понижения. В случае возникновения в продувочных линиях гидравлических ударов, вибрации трубопровода или других отступлений от нормы, продувка должна быть прекращена. Запрещается производить продувку при неисправной продувочной арматуре, открывать и закрывать арматуру ударами молотка или других предметов, а также при помощи удлиненных рычагов. Время начала и окончания продувки котла следует записывать в сменный журнал.
Чистку топки следует производить при пониженной нагрузке котла, ослабленном или выключенном дутье и пониженной тяге. При удалении шлака и золы из топки должна быть включена вытяжная вентиляция.
Работники котельной во время дежурства не должны отвлекаться от выполнения своих обязанностей.
Запрещается во время работы котлов запирать двери для выхода из котельного помещения.
Работы внутри топок и газоходов котла могут выполняться только при температуре не выше 60 град. С по наряду - допуску на работы повышенной опасности. Пребывание одного и того же работника внутри котла или газохода при температуре 50 - 60 град. C без перерыва не должно превышать 20 мин. Необходимые меры безопасности при производстве таких работ оговариваются в наряде - допуске.
Перед закрытием люков и лазов необходимо проверить отсутствие внутри котла людей, посторонних предметов, а также наличие и исправность устройств, установленных внутри котла.
До начала производства ремонтных работ внутри барабана, камеры или коллектора котла, соединенного с другими работающими котлами общими трубопроводами (паропровод, питательные, дренажные и спускные линии и т.д.), а также перед осмотром или ремонтом элементов котла, находящихся под давлением, при наличии опасности ожога людей паром или водой, котел должен быть изолирован от всех трубопроводов заглушками или отсоединен. Отсоединенные трубопроводы также следует заглушить [21,23].
При работе на газообразном топливе котел должен быть надежно отделен от общего газопровода в соответствии с инструкцией по обслуживанию котла.
Неисправности элементов котла и коммуникаций, находящихся под давлением или воздействием высокой температуры от топки или пара, устраняют при неработающем котле.
При отключении участков трубопроводов и газоходов на вентилях, задвижках и заслонках, а также на пусковых устройствах дымососов, дутьевых вентиляторов и питателей топлива должны быть вывешены плакаты: "Не включать - работают люди!", при этом у пусковых устройств дымососов, дутьевых вентиляторов и питателей топлива должны быть сняты плавкие вставки.
При остановке котлов на длительное время или летом по окончании отопительного сезона их очищают от сажи и накипи, заливают полностью водой и отключают от водопроводной системы.
При остановке в холодное время котлов, установленных в неотапливаемых помещениях, их также очищают от сажи, накипи с последующей промывкой и гидроиспытанием и обязательно спускают воду из котла - водонагревателя, насоса и трубопроводов.
Требования безопасности в аварийных ситуациях
Работа котла должна быть немедленно остановлена: при резком повышении давления и температуры выше установленных в котле и системе, несмотря на принятые меры (прекращение подачи топлива, уменьшение тяги и дутья); при наличии повреждения котла с утечкой воды из места повреждения; при неисправностях питательных приборов, водоуказательных приборов, манометров, термометров, предохранительных клапанов; при прекращении циркуляции воды в системе (неисправность насоса, отключение электроэнергии); при обнаружении в элементах котла (барабане, жаровой трубе, огневой коробке, трубной решетке и т.п.) трещин, вспучин, неплотностей сварных швов, разрывов труб; при накаливании докрасна элементов котла или каркаса; при горении сажи и частиц топлива в газоходах, пароперегревателе; при обнаружении не свойственного при работе котла шума, вибрации, стука; при неисправности предохранительных блокировочных устройств; при возникновении пожара, непосредственно угрожающего котлу [7,23].
Причины аварийной остановки котла должны быть записаны в сменном журнале.
При аварийной остановке котла необходимо: прекратить подачу топлива и воздуха, резко ослабить тягу; как можно быстрее удалить горящее топливо из топки; после прекращения горения в топке открыть на некоторое время дымовую заслонку; отключить котел от главного паропровода; выпустить пар через приподнятые предохранительные клапаны или аварийный выхлопной вентиль. Запрещается подпитывать раскаленный выше допустимой температуры котел водой во избежание взрыва.
При остановке котла из-за загорания сажи или частиц топлива в газоходах, пароперегревателе или экономайзере немедленно прекратить подачу топлива и воздуха в топку, прекратить тягу, остановить дымососы и вентиляторы и полностью перекрыть воздушные и газовые заслонки. Если возможно, заполнить газоход паром и после прекращения горения провентилировать топку.
В случае возникновения в котельной пожара работники должны немедленно вызвать пожарную охрану и принять меры к тушению, не прекращая наблюдения за котлами. Если пожар угрожает котлам и невозможно быстро его потушить, необходимо остановить котлы в аварийном порядке [17].
АЗОТА В АТМОСФЕРУ
Одним из основных источников экологически негативного воздействия на окружающую природную среду является энергетика. Тепловые электростанции – основной источник загрязнения природы в энергетике.
Тепловые электростанции, потребляя свыше трети добываемого в виде топлива, могут оказывать существенное влияние как на окружающую среду в районе их расположения, так и на общее состояние биосферы. Взаимодействие электростанции с внешней средой определяется выбросами в атмосферу дымовых газов, тепловыми выбросами и выбросами загрязненных сточных вод.
При сжигании твердого топлива наряду с окислами основных горючих элементов – углерода и водорода в атмосферу поступает зола с частицами недогоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, окислы азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. При сжигании сернистых мазутов с дымовыми газами в атмосферу поступают сернистый и серный ангидриды, окислы азота, газообразные и твердые продукты неполного сгорания, соединения ванадия, соли натрия, а также отложения, удаляемые с поверхностей нагрева котлов при очистке. Большинство этих компонентов относятся к числу токсичных и даже в сравнительно невысоких концентрациях оказывают вредное воздействие на природу и человека [14].
Список использованной литературы
1. Аронов И.З. Использование тепла уходящих газов в газифицированных котельных. М.: Энергия, 1967. 191с.
2. Аронов И.З. Контактный нагрев воды продуктами сгорания природного газа. Л.: Недра, 1990. 280 с.
3. Аронов И.З., Пресич Г.А., Смирнов В.А. Анализ тепловой эффективности контактных теплоутилизаторов с промежуточным теплообменником // Промышленная энергетика. 1986. № 1. С. 44-46.
4. Рациональное использование газа в энергетических установках/ Ахмедов Р.Б., Брюханов О.Н., Иссерлин А.С. и др. Л.: Недра, 1990. 423 с.
5. Баранов Е.П., Бухаркин Е.Н., Кушнирюк В.В. Опыт использования вторичных энергоресурсов в производственной котельной // Промышленная энергетика. 1988. № 1. С. 21-22.
6. Богуславский Л.Д., Ливчак В.И. Энергосбережение в системах теп- лоснабжения, вентиляции и кондиционирование воздуха. М.: Стройиздат,1990.624с.
7. Бухаркин Е.Н. К вопросу обеспечения надежных условий использования экономичных котлов с конденсационными теплоутилизаторами // Промышленная энергетика. 1995. № 7. С. 31-34.
8. Внуков А.К. Защита атмосферы от вредных выбросов энергообъектов. М.: Энергоатомиздат, 1992. 176 с.
9. Волков Э.П., Гаврилов Е.И., Дужих Ф.П. Газоотводящие трубы ТЭС и АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1987. 280 с.
10. Волховский Е. Г., Шустер А. Г. Экономия топлива в котельных установках. М.: Энергия, 1973. С. 304. И. Иванов А. В. Операционный метод в задачах теплопроводности и тепло и массопереноса // Теплофизика в литейном производстве. Изд-во АНБССР, 1963. С. 69-73.
12. Ильин И.Н., Блумберга Д.М., Гришин В.А. Об эффективности контактных теплообменников с активной насадкой // Промышленная энергетика. 1986. №8. С. 22-24.
13. Теория тепломассообмена / Исаев С.И., Кожинов И.А., Кофанов В.И. и др; Под ред. А.И. Леонтьева. М: Высшая школа, 1979. 495 с.
14. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергия, 1969.440с.
15. Карягин Н.П. Из опыта эксплуатации контактных экономайзеров // Промышленная энергетика. 1971. № 1. С. 34-35.
16. Кейс В.М., Лондон А.Л. Компактные теплообменники. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. 160 с.
17. Климов Г.М. Повышение эффективности использования природного газа // Промышленная энергетика. 1975. № 8. С. 20-22.
18. Кудинов А.А., Антонов В.А., Алексеев Ю.Н. Анализ эффективности применения конденсационного теплоутилизатора за паровым котлом ДЕ-10-14 ГМ // Промышленная энергетика. 1997. № 8. С. 8-10.
19. Кудинов А.А. Повышение эффективности работы конденсационных теплоутилизаторов поверхностного типа // Промышленная энергетика. 1999. №7. С. 30-34.
20. Кудинов А.А. Энергоресурсосбережение в газифицированных ко- тельных установках // Энергосбережение. Ульяновск: Изд-во «Пресса», 1998. Выпуск №3. С 83-84.
21. Кудинов А.А. Повышение эффективности использования газа в котельных установках // Энергосбережение. Ульяновск: Изд-во «Пресса», 1998. Выпуск № 4. С 80-82.
22. Кудинов А.А., Антонов В.А., Алексеев Ю.Н. Энергосбережение в
газифицированных котельных установках путем глубокого охлаждения продуктов сгорания // Теплоэнергетика. 2000. №1. С. 59-61.
23. Кудинов А.А. Тепло- и массообмен в конденсационных теплоути-
лизаторах поверхностного типа // Энергосбережение. Ульяновск: Изд-во «Пресса», 1999. Выпуск № 2. С 67-70.
ГЛАВА 3. Выбор системы утилизации тепла уходящих газов водогреных котлов
3.1 Общие сведения водогрейные котлы
Котельная установка состоит из котла и вспомогательного оборудования. Устройства, предназначенные для получения пара или горячей воды повышенного давления за счет теплоты, выделяемой при сжигании топлива, или теплоты, подводимой от посторонних источников (обычно с горячими газами), называют котельными агрегатами. Они подразделяются соответственно на котлы паровые и котлы водогрейные. Котельные агрегаты, использующие (т.е. утилизирующие) теплоту отходящих из печей газов или других основных и побочных продуктов различных технологических процессов, называются котлами-утилизаторами.
Котельным агрегатом называется энергетическое устройство производительностью D (т/ч) для получения пара с заданным давлением р (МПа) и температурой t (°C). Часто это устройство называют парогенератором, ибо в нем происходит генерация пара, или просто паровым котлом. Если конечным продуктом является горячая вода заданных параметров (давления и температуры), используемая в промышленных технологических процессах и для отопления промышленных, общественных и жилых зданий, то устройство называют водогрейным котлом. Таким образом, все котлоагрегаты можно подразделить на два основных класса: паровые и водогрейные.
На ТЭЦ с большой тепловой нагрузкой взамен пиковых подогревателей сетевой воды устанавливаются водогрейные котлы большой мощности для централизованного теплоснабжения крупных промышленных предприятий, городов и отдельных районов [2].
Водогрейные котлы предназначены для получения горячей воды заданных параметров, главным образом для отопления. Они работают по прямоточной схеме с постоянным расходом воды. Конечная температура нагрева определяется условиями поддержания стабильной температуры в жилых и рабочих помещениях, обогреваемых отопительными приборами, через которые и циркулирует вода, нагретая в водогрейном котле. Поэтому при постоянной поверхности отопительных приборов температуру воды, подаваемой в них, повышают при снижении температуры окружающей среды. Обычно воду тепловой сети в котлах подогревают от 70... 104 до 150... 170 °С. В последнее время имеется тенденция к повышению температуры подогрева воды до 180... 200 °С.
На ТЭЦ водогрейные котлы обычно используются как пиковое оборудование в дни максимальных тепловых нагрузок, а также для резервирования тепла от отборов турбины (их установленная мощность в умеренном и холодном климате значительно превосходит мощность отборов, но коэффициент её использования невелик).
Во избежание конденсации водяных паров из уходящих газов и связанной с этим наружной коррозии поверхностей нагрева температура воды на входе в агрегат должна быть выше точки росы для продуктов сгорания. В этом случае температура стенок труб в месте ввода воды также будет не ниже точки росы. Поэтому температура воды на входе не должна быть ниже 60 °С при работе на природном газе, 70 °С при работе на малосернистом мазуте и 110 °С при использовании высокосернистого мазута. Поскольку в теплосети вода может охлаждаться до температуры ниже 60 °С, перед входом в агрегат к ней подмешивается некоторое количество уже нагретой в котле (прямой) воды [2,3].
Существует два характерных режима работы водогрейных котлов: основной (базовый) и пиковый. Подогрев воды от 70 °С до конечной температуры производится в тех случаях, когда котлы являются основным источником теплоснабжения. В условиях ТЭЦ, когда первоначальный подогрев сетевой воды осуществляется в сетевых подогревателях за счет отборного пара турбин, пиковые водогрейные котлы предназначаются для догрева воды сверх той температуры, которую в состоянии обеспечить основные подогреватели. С учетом мощности современных ТЭЦ единичная теплопроизводительность водогрейных котлов для ТЭЦ составляет 100 и 180 Гкал/ч (116,3 и 209,4 МВт). Эти котлы также могут устанавливаться и в крупных отдельно расположенных водогрейных котельных.
В целях максимальной унификации утверждена следующая шкала теплопроизводительностей водогрейных котлов : 4,0; 6,5; 10,0; 20,0; 30; 50; 100 и 180 Гкал/ч. Котлы теплопроизводительностью от 4 до 20 Гкал/ч должны обеспечивать работу только в основном режиме;
Котлы теплопроизводительностью 30 Гкал/ч и выше могут работать как в основном, так и в пиковом режиме.
В настоящее время на водогрейных котельных и ТЭЦ используется значительное количество котлов типа ПТВМ [1].
(П - пиковый, Т - теплофикационный, В - водогрейный, М - мазутный), теплопроизводительностью 34,9-209,4 МВт, которые изготавливались на отечественных котельных заводах с 1961 по 1981 год.
При их разработке применена башенная компоновка, которая имела ряд преимуществ : малую площадь пола для котла; малый объем здания котельного помещения; максимальные удобства для эксплуатации и проведения летних ремонтов при полуоткрытой установке котла; простую симметричную гидравлическую схему, обеспечивающую перевод котла с пикового режима работы на основной без переделок; малое количество коллекторов; отсутствие водоперепускных и других необогреваемых труб; малую массу металла, работающего под давлением; наименьшее сопротивление газового тракта [6].
Вынос конвективной части котла в отдельного шахту при П-образной компоновке поверхностей нагрева агрегата дает выигрыш в высоте не менее 2 м по сравнению с размещением этой поверхности непосредственно над топкой для котлов мощностью 58,2 и 116,3 МВт, но при этом требуется создание поворотной камеры, соединяющей топку с конвективной шахтой. Площадь пола, занимаемая П-образным котлоагрегатом, больше, чем площадь, занимаемая башенным, в 1,6 раза, что приводит к увеличению площади и объема здания котельной. Число и масса коллекторов при П-образной компоновке больше примерно в 1,35 раза, а гидравлическое сопротивление при одинаковых скоростях движения воды в трубах больше примерно в 1,5 раза. Общий расход металла, площадь оборудованных стен и аэродинамические сопротивления при П-образной компоновке при прочих равных условиях также больше. Несимметричное расположение поверхностей нагрева вызывает необходимость применения необогреваемых водоперепускных труб для организации надежной гидравлической схемы. Для полуоткрытой установки П-образные котлоагрегаты не приспособлены. Здание котельной должно быть выше котлов, чтобы обеспечить возможность замены змеевиков конвективной части котла [4].
На рис. 3.1 показан газомазутный водогрейный котел типа ПТВМ-50-1 тепловой мощностью 58МВт, (50 Гкал/ч).
Рис. 3.1 Газомазутный водогрейный котел типа ПТВМ-50-1
1-боковые экраны;
2-фронтовой экран;
3-задний экран;
4-конвективные поверхности;
5-горелки;
6-металлическая дымовая труба.
Газомазутный водогрейный котел типа ПТВМ-50-1 хорошо зарекомендовал себя в эксплуатации.
Водогрейные котлы ПТВ-50, ПТВМ-50-1 и ПТВМ-50 имеют по 12 газомазутных горелок с индивидуальными дутьевыми вентиляторами типа П-13-50 № 4, а котлы ПТВМ-100 - 16 горелок с вентиляторами ЭВР-6 производительностью по 9000 м3/ч. Облегченная обмуровка котлов типа ПТВМ укреплена непосредственно на экранных трубах и состоит из трех слоев: шамотобетона на глиноземистом цементе, минеральной ваты и уплотнительной газонепроницаемой обмазки (общая толщина обмуровки 115 мм, масса 1 м2 100 кг).
В последние 25 лет выпускаются котлы унифицированной серии, рассчитанные на теплопроизводительность от 4,6 до 209,4 МВт, в трех модификациях: KB-ГМ (К - котел, В - водогрейный, Г]\Д - газомазутный), KB-ТС (Т - твердое топливо, С - слоевой способ сжигания), КВ-ТК (Т - твердое топливо, К - камерный способ сжигания) [24].
С целью максимальной унификации водогрейные котлы мощностью от 4,6 до 209,4 МВт разделяют на 4 группы. К первой группе относятся водогрейные котлы мощностью 4,6 и 7,5 МВт, которые предназначены для сжигания газа, мазута и твердого топлива. Трубная система котлов поставляется единым блоком. Во вторую группу входят котлы мощностью 11,6; 23,2 и 35 МВт, предназначенные для работы на газомазутном и твердом топливе. В третью группу входят котлы мощностью 58, 116,3 и 209,4 МВт, предназначенные для работы на газе и мазуте. Четвертую группу составляют котлы такой же мощности, как и входящие в третью группу, но работающие на твердом топливе.
Котлы Дорогобужского котельного завода типа ПТВМ-ЗОМ П-образной компоновки (конструкция треста «Центроэнергомонтаж»), в процессе длительной эксплуатации зарекомендовали себя как устойчиво работающие агрегаты [5].
Многолетний опыт эксплуатации показал, что теплопроизводи- тельность котла может быть увеличена до 40 Гкал/ч при работе на газе и до 35 Гкал/ч при работе на мазуте; расход воды при этом составляет соответственно 495 и 435 т/ч. Котел снабжается двумя дутьевыми вентиляторами типа ВД-12 и дымососами Д- 15,5x2. Котлы ПТВМ-30М применяются в основном для районных отопительных котельных. Количество котлов, работающих в пиковом режиме, измеряется единицами.
Башенные котлы ПТВМ-50-1, ПТВМ-100 и ПТВМ-180 в основном аналогичны по конструкции и собираются или из одинаковых, или из подобных элементов, что обеспечивает унификацию их производства. Конструкция этих агрегатов допускает полуоткрытую их установку. В помещение заключена только нижняя часть котла, где расположены горелочные устройства, арматура, автоматика и дутьевые вентиляторы. Это снижает затраты на строительство здания котельной и создает удобства для летних ремонтов.
Для всех котлов, кроме ПТВМ-180, предусмотрена возможность их установки как со стальной дымовой трубой, непосредственно опирающейся на каркас котла, так и с отдельно стоящей железобетонной трубой. Трубы экранов для всех котлов приняты диаметром 60x3 мм с шагом 64 мм; трубы конвективной части - диаметром 28x3 мм с шагом s\ = 62 мм; s2 =32,5 мм. Относительный шаг экранных труб s/d = 1,07 принят по соображениям защиты от нагрева натрубной обмуровки. Вся трубная система подвешена к каркасной раме и свободно расширяется вниз вместе с облегченной натрубной обмуровкой. Конструкция котлов предусматривает их поставку крупными блоками, собираемыми на заводе-изготовителе. Обмуровка монтируется в единое целое с блоками котла.
Дата: 2019-12-10, просмотров: 485.
