Устройство и работа прямоточного парового котла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Устройство и работа прямоточного парового котла

Содержание

Введение

1. Классификация паровых котлов и устройство

2. Принцип работы парового котла

3. Прямоточные паровые котлы

Заключение

Список источников

Введение

Научно-технический прогресс, интенсификация производства, повышение его технического уровня и улучшение условий труда в значительной мере определяются развитием энергетики. В промышленности используется более 50 % всех видов энергоресурсов, в том числе до 65 % вырабатываемой электроэнергии. Соответственно большой роли энергетики в промышленном производстве современные промышленные предприятия имеют сложные и многообразные энергетические системы, состоящие из комплексов установок и устройств, предназначенных для сжигания топлива и производства, транспорта, распределения и потребления электроэнергии, теплоты, сжатого воздуха, газа, кислорода. В настоящее время на тепловых паротурбинных электростанциях вырабатывается более 80 %электроэнергии, в качестве основных теплоносителей в промышленности и в быту используются пар и подогретая паром или продуктами сгорания горячая вода, получаемые в котельных установках (котлах).

Широкое применение пара для производства электроэнергии, в технологических процессах и в быту определяет использование в котлах более 25 % всего добываемого топлива. Количество котельных установок различного назначения, конструкций и мощности с каждым годом все больше.

В зависимости от назначения на промышленных предприятиях применяются автономные производственные и отопительные котельные на органическом топливе и котлы, использующие теплоту отходящих газов и другие тепловые отходы технологических агрегатов, а также котельные установки промышленных электростанций в котлах используются различные виды твердого, жидкого и газообразного топлива. В промышленности в качестве источника теплоты для выработки пара в котлах применяются также горючие отходы производства, теплота экзотермических реакций, выделяющаяся в процессе производства некоторых видов продукции, высокотемпературные газы от технологических агрегатов и теплота, передаваемая их охлаждаемым элементам, и др. Для производства водяного пара обычно используются обработанная природная вода и конденсат от паротурбинных агрегатов и технологических установок. Отходами производства пара являются охлажденные газообразные продукты сгорания, а при использовании твердого топлива также минеральные остатки в виде шлака и золы.

Первые паровые котлы в начале XIX в. вырабатывали пар давлением 0,5--0,6 МПа и имели производительность сотни килограммов в час. В настоящее время для производства пара применяются котлы, вырабатывающие пар с давлением до 25 МПа (и даже до 31 МПа) и температурой до 570 °С и производительностью до 4000 т/ч. Интенсивное развитие котельной техники было вызвано ростом промышленного производства и концентрацией выработки электроэнергии в основном на паротурбинных электростанциях. Созданная за годы советской власти котлостроительная промышленность, имеющая котельные заводы, специализированные научно-исследовательские институты н другие организации, обеспечивает производство современных котлов, необходимых для страны и для экспорта их за рубеж. Русские ученые-энергетики А.В. Шухов, К.В. Кирш, Д.М. Гриневецкий, М.В. Кирпичев, Л. К- Рамзин, Г.Ф. Кнорре, Э.И. Ромм, М.А. Стырикович и другие известны во всем мире как основоположники научной базы теплотехники н в том числе котельной техники. Современная котельная установка является сложным сооружением, состоящим из большого количества различного оборудования и строительных конструкций, связанных в единое целое общей технологической схемой производства пара.

1. Классификация паровых котлов и устройство

Котел - это устройство, предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного или горячей воды за счет тепла, выделяемого при сжигании топлива. Может использовать энергию топлива, сжигаемого в своей топке, электрическую энергию (электрический паровой котёл) или утилизировать теплоту, выделяющуюся в других установках (котлы-утилизаторы).

Котел (рис. 1, 2) является сложным техническим объектом с большим числом связанных между собой элементов, работающих в условиях высоких температур и напряжений. Вместе с этим он является одним из основных элементов энергоблока и от его надежной и эффективной работы зависят эти показатели для блока в целом. Известно, что в процессе эксплуатации котла эти показатели ухудшаются. Снижение надежности может привести к авариям и большим затратам на ее ликвидацию. Ухудшение экономичности приводит к увеличению расхода топлива. Эти два показателя связаны между собой, поэтому в работе они рассматриваются вместе, то есть это будет система комплексной диагностики.

Рисунок 1. Паровой котел

Рисунок 2. Схема парового котла

1 - конденсатоотводчик; 2 - предохранительный клапан; 3- манометр; 4 - теплообменник

По назначению бывают:

1. Энергетические паровые котлы - предназначены для производства пара, использующегося в паровых турбинах.

2. Промышленные паровые котлы - вырабатывают пар для технологических нужд, так называемые "промышленные парогенераторы".

3. Паровые котлы-утилизаторы - используют для получения пара вторичные энергетические ресурсы теплоту горячих газов, образующихся в технологическом цикле. Энергетические котлы-утилизаторы в составе ПГУ используют теплоту уходящих газов ГТУ.

По параметрам пара:

- котлы, работающие на низком (0,88 МПа);

- среднем (1,36, 2,36 и 3,9 МПа);

- высоком (9,8 и 13,8 МПа);

- критическом (16 МПа);

- сверхкритическом (24 МПа) давлении.

Достижения современной науки и техники в области получения новых конструкционных материалов и сталей позволили создать новые типы паровых котлов, работающих на суперсверхкритическом давлении (до 30 и более МПа).

Паровые котлы малой паропроизводительности (до 20 т/ч) выпускаются на низкое и среднее давление пара. Они получили значительное распространение и широко используются для технологических и хозяйственных нужд, входят в состав стационарных и передвижных котельно-отопительных установок.

Котлы средней производительности (до 100 т/ч) - это, как правило, котлы среднего давления с умеренной температурой перегретого пара (425-450°С) - широко используются в качестве источника технологического пара на промышленных предприятиях.

Энергетические паровые котлы выпускаются на среднее и высокое давление пара и имеют паропроизводительность от 100 до 640 т/ч. Эти котлы устанавливаются на небольших теплоэлектроцентралях и промышленных предприятиях и предназначаются для выработки электроэнергии, получения водяного пара или горячей воды для технологических нужд и нужд отопления.

Котлы энергоблоков ТЭС (КЭС и ТЭЦ) имеют паропроизводительность до 3600 т/ч и выпускаются на среднее, высокое, сверхкритическое и суперсверхкритическое давление пара. Они предназначены для обеспечения выработки электроэнергии и теплофикации населенных пунктов.

Основными элементами котла являются топка и теплообменные поверхности. Специальное устройство котла, в котором происходит сжигание топлива, называется топкой или топочной камерой. Некоторые типы котлов, например котлы-утилизаторы, не имеют топки. В этом случае получение пара или подогрев воды осуществляются за счет теплоты горячих газов, образующихся при каком-либо технологическом процессе.

Рисунок 3. Паровой котел Ici Caldaie

1. Топочное устройство - служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в тепло нагретых газов.

2. Водяной экономайзер - представляет собой трубчатый теплообменник, в котором питательная вода перед поступлением в котел подогревается за счет тепла уходящих газов. При использовании экономайзера значительно снижается температура уходящих газов, что существенно повышает экономичность котлоагрегата. Водяные экономайзеры изготовляют чугунными (p < 2,4 МПа) и стальными (р > 2,4 МПа). По степени подогрева питательной воды экономайзеры разделяются на некипящие и кипящие. В экономайзере некипящего типа вода максимально подогревается на 20-30 градуса Цельсия ниже температуры кипения. Это необходимо для того, чтобы не допустить парообразования в экономайзере, а также исключить гидравлические удары. В экономайзере кипящего типа температура нагрева воды не ограничивается; вода доводится до кипения с возможностью ее испарения до 10-15% и более

Чугунные экономайзеры изготовляют некипящего типа, так как при вскипании воды в них могут возникать гидравлические удары, которые приводят к разрушению хрупких чугунных труб. Стальные экономайзеры могут быть как некипящего, так и кипящего типов. На рисунке 4 показан общий вид экономайзера.

Рисунок 4. Общий вид экономайзера

3. Барабан - является самым сложным, металлоемким и дорогим узлом парового котла. В барабане осуществляются сбор и раздача рабочей среды, обеспечение запаса воды в котле, разделение пароводяной смеси на пар и воду. Для этой цели используется не только паровой объем барабана, но и размещенные в нем паросепарационные устройства. Кроме того, наличие барабана дает возможность поддерживать концентрацию примесей в котловой воде, а следовательно, и качество пара на определенном заданном уровне.

4. Испарительная поверхность котла - это трубчатая поверхность нагрева, в которой осуществляется испарение воды за счет теплоты дымовых газов. Дымовые газы передают теплоту поверхностям нагрева двумя способами: за счет лучеиспускания газов, тогда поверхности нагрева называют радиационными, или за счет конвекции, т.е. непосредственного контакта с газами, и в этом случае поверхности называют конвективными.

Все современные энергетические котлы оборудуются экранами, под которыми понимают поверхность нагрева, расположенную на стенах топочной камеры, конвективных газоходов и ограждающую стены котла от воздействия высоких температур.

5. Пароперегреватель - важнейший элемент современного котельного агрегата - предназначен для перегрева насыщенного пара до требуемой температуры. Пароперегреватель представляет собой металлический змеевик внутри которого протекает насыщенный пар нагреваясь в нем до состояния перегретого пара.

2. Принцип работы парового котла

Источником тепла для нагрева воды в паровом котле может быть любой вид энергии: солнечная, геотермальная, электрическая, тепло от сгорания твёрдого топлива или газа. Образующийся пар является теплоносителем, он переносит тепло сгорания топлива к месту его применения.

Рисунок 5. Принцип работы парового котла ТЭС.

1 - топочная камера (топка); 2 - горизонтальный газоход; 3 - конвективная шахта; 4 - топочные экраны; 5 - потолочные экраны; 6 - спускные трубы; 7 - барабан; 8 - радиационно-конвективный пароперегреватель; 9 - конвективный пароперегреватель; 10 - водяной экономайзер; 11 - воздухоподогреватель; 12 - дутьевой вентилятор; 13 - нижние коллекторы экранов; 14 - шлаковый комод; 15 - холодная коронка; 16 - горелки. На схеме не показаны золоуловитель и дымосос.

В различных конструкциях паровых котлов используется общая схема подогрева воды и её превращения в пар:

· Вода очищается и подаётся в резервуар с помощью электронасоса. Как правило, резервуар расположен в верхней части котла.

· Из резервуара по трубам вода стекает вниз в коллектор.

· Из коллектора вода поднимается снова вверх через зону нагрева (горения топлива).

· Внутри водной трубы образуется пар, который под действием разницы давлений между жидкостью и газом поднимается вверх.

· Вверху пар проходит через сепаратор. Здесь он отделяется от воды, остатки которой возвращаются в резервуар. Дальше пар поступает в паропровод.

· Если это не простой паровой котёл, а парогенератор, то его трубы вторично проходят через зону горения и нагрева.

3. Прямоточные паровые котлы

Параллельно с барабанными котлами до настоящего времени развивались конструкции прямоточных котлов средней производительности. В начале 50-х годов XX столетия прямоточные котлы высокого давления стал изготавливать Подольский машиностроительный завод. Одним из первых был создан котел марки СП-67 производительностью 230 т/ч, давлением 9,8 МПа и температурой 510°С. В последующем производство прямоточных энергетических паровых котлов средней мощности, генерирующих пар высокого давления, было сосредоточено на ПО "Красный котельщик".

В паровых котлах средней производительности наиболее часто используются камерные пылеугольные и газомазутные топки. В последние годы в этих котлах применяются также топочные устройства, позволяющие сжигать низкокалорийное топливо в циркулирующем кипящем слое, а также вихревые топки различных конструкций. Паровые котлы средней мощности работают как на уравновешенной тяге, так и под наддувом. В них может сжигаться твердое топливо, а также природный газ и мазут.

Рисунок 6. Схема прямоточного котла

Прямоточные котлы работают на сверхкритические параметры (24 МПа и 540 С), барабанные котлы не работают на таких параметрах. Предельное давления для отечественных барабанных котлов - 18,5 МПа. Прямоточные котлы не имеют барабана, в них вода, а затем пароводяная смесь и пар (называемые вместе рабочей средой) последовательно проходят все поверхности нагрева котла. Циркуляцию пароводяной смеси в таких котлах обеспечивает питательный насос.

В отличие от барабанного типа прямоточные котлы могут работать и при сверхкритическом давлении рабочей среды.

В прямоточных котлах питательная вода последовательно проходит через экономайзер, испаритель (в испарителе питательная вода превращается в пар), промежуточный пароперегреватель и пароперегреватель и в виде пара отправляется в турбину.

Паровой котел ПК-38-Р (ПП-270-13,8545/545ГМ) предназначен для выработки перегретого пара с рабочим давлением 13,8 МПа и температурой 545°С, имеет паропроизводительность 270 т/ч и к.п.д. 92,8%. Он может работать как в качестве низконапорного парогенератора по схеме дожигания в составе парогазовой установки, так и в составе традиционной паросиловой установки. Это прямоточный, газомазутный котел, выполненный по П-образной компоновке и устанавливаемый на собственном каркасе (рис. 11).

Топочная камера - открытая, призматическая, прямоугольного сечения. При реконструкции котла в газомазутный сохранена "холодная" воронка. Над "холодной" воронкой на боковых стенах установлено 6 газомазутных горелок треугольником вниз (по 3 горелки на стене). Для снижения генерации оксидов азота топка котла оснащена схемой ступенчатого сжигания, для чего над горелками установлены сопла критического дутья.

Рисунок 7. Общий вид прямоточного парового котла ПК-38-Р в разрезе.

Топка и поворотный газоход экранированы трубами нижней, средней и верхней радиационной части и имеют навивку Рамзина. Котел обшит металлом по каркасу. На выходе из топки в поворотном газоходе установлен ширмовый пароперегреватель, в опускном газоходе - конвективный пароперегреватель высокого давления, две ступени конвективного пароперегревателя низкого давления, водяной экономайзер, газовый подогреватель воды высокого и низкого давления.

Регулирование температуры пара низкого давления осуществляется байпасированием первой ступени конвективного пароперегревателя низкого давления, а дополнительно - рециркуляцией дымовых газов, отбираемых после водяного экономайзера. Котел снабжен необходимой арматурой, контрольно-измерительными приборами, средствами защиты, а также автоматизированной системой управления технологическим процессом.

Первые прямоточные котлы для энергоблоков 300 МВт моделей ТПП-110 и ПК-39 и котлы для энергоблоков 800 МВт моделей ТПП-200, ТПП-200-1 были изготовлены в начале 60-х годов XX века. Исполнялись они двухкорпусными. Паровые котлы ТПП-110 и ПК-39 были изготовлены с несимметричным расположением поверхностей нагрева в каждом корпусе (моноблоке).

В котле ТПП-110 в одном корпусе размещена основная часть первичного пароперегревателя, во втором корпусе - остальная часть этого пароперегревателя и вся поверхность нагрева промежуточного пароперегревателя. При таком расположении пароперегревателей температура пара в каждом из них регулируется путем изменения соотношения "питательная вода - топливо". Дополнительно температура промежуточного пара регулируется в газопаровом теплообменнике. Перераспределение тепловой нагрузки между корпусами, которое имеет место при регулировании температуры пара, нежелательно, поскольку при сжигании антрацитового штыба и других видов низкореакционного топлива происходит снижение температуры горячего воздуха, что приводит к увеличению потерь теплоты от недожога топлива.

В двухкорпусном паровом котле модели ПК-39, изготовленном по Т-образной схеме, первичный и промежуточный пароперегреватели расположены в четырех конвективных шахтах корпусов несимметрично к вертикальной оси котла. При изменении количества продуктов сгорания в правой и левой конвективной шахте каждого корпуса происходит перераспределение тепловосприятия первичным и промежуточным пароперегревателями, что приводит к изменению температуры пара. В двухкорпусном паровом котле с симметричными корпусами моделей ТПП-200, ТПП-200-1 конвективные шахты каждого корпуса разделены на три части вертикальными перегородками. В средней части конвективной шахты размещаются пакеты водяного экономайзера, в двух крайних - пакеты конвективного пароперегревателя высокого давления и промежуточного.

Рисунок 8. Конструктивная схема парового котла ТПП-312А.

Паровой котел ТПП-312А паропроизводительностью 1000 т/ч (рис. 8) предназначен для работы на каменном угле в блоке с турбиной 300 МВт. Он вырабатывает перегретый пар с давлением 25 МПа и температурой 545°С и имеет к.п.д. 92%. Котел - однокорпусный, с промперегревом, П-образной компоновки с открытой призматической топочной камерой. Экраны по высоте топочной камеры разделены на четыре части: нижнюю радиационную часть, среднюю, состоящую из двух частей, и верхнюю радиационную часть. Нижняя часть топочной камеры экранирована ошипованными, покрытыми карборундом, трубами. Шлакоудаление - жидкое. На выходе из топочной камеры расположен ширмовый пароперегреватель, в конвективной шахте - конвективные пароперегреватели высокого и низкого давления. Температура пара высокого давления регулируется впрыском питательной воды, а пара низкого давления - паропаровым теплообменником. Подогрев воздуха осуществляется в регенеративных воздухоподогревателях.

Заключение

Современная котельная установка является сложным сооружением, состоящим из большого количества различного оборудования и строительных конструкций, связанных в единое целое общей технологической схемой производства пара. В данной работе была изложена классификация, принцип работы и устройство парового котла. Также были рассмотрены прямоточные паровые котлы - предназначены для производства пара при сверхкритическом давлении рабочей среды, использующегося в паровых турбинах. котел пар тепло

Список источников

1. Абдурашитов Ш.Р. Общая энергетика: учебное пособие, издание 2-е, переработанное и дополненное; - Уфа: УГАТУ, 2006. - 334 с.

2. Байрашевский Б.А. Аудит паровой котельной подводные камни // Энергетика и ТЭК. 2012. № 2.

3. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 528 с.

Размещено на Allbest.ru