книги из ГПНТБ / Мейкляр, М. В. Паровые котлы электростанций [учеб. пособие]

и углекислотой, а горючая часть состоит в основном из окиси углерода (угарного газа), выделяющей при сгора­ нии сравнительно мало тепла, но чрезвычайно ядовитой.

При добыче нефти почти всегда вместе с ней извле­ кается нефтяной (попутный) газ, количество которого на 1 т нефти может изменяться в весьма широких преде­ лах (например, на Азербайджанских промыслах от 20 до 300 м3/т). В нефтяном газе обычно содержится боль­ шое количество предельных углеводородов (этана, про­ пана, бутана и других), являющихся ценным сырьем для химических заводов, а при сжигании обеспечивающих более высокую теплоту сгорания, чем у природного газа

(рис. 2-3).

Состав нефтяного газа и его теплота сгорания могут намного изменяться даже в одном месторождении (например, теплота сгора­ ния Туймазинского газа в Башкирской АССР изменяется от 10 380 до 13 350 ккал/м3). Имеются месторождения (например, в Тюменской области и на Сахалине), где нефтяной газ содержит свыше 80% метана, вследствие чего различие между ним и природным газом оказывается незначительным.

Теплота сгорания. Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топли­ ва, характеризуется его н и з ш е й т е п л о т о й с г о р а ­ ния. Для газообразных топлив определяют количество

20

тепла при сгорании 1 м3 горючего газа при так называе­ мых «нормальных условиях» (при температуре газа 0°С и атмосферном давлении). Это тепло измеряется в кило­ джоулях (кДж) или в килокалориях (ккал). Напомним, что 1 кал равна 4,187 Дж.

Из рис. 2-1 видно, что из твердых топлив малую теплоту сгорания имеют сланцы, рабочая масса которых содержит до 60—70%! золы. Мала теплота сгорания и у торфа, имеющего высокую влажность.

Как правило, горючая масса поступающего на элек­ тростанцию твердого топлива почти одинакова для всего месторождения. Колебания низшей теплоты сгорания в основном объясняются изменением зольности и осо­ бенно влажности топлива. Наиболее сильно изменяется качество торфа. В дождливые сезоны влажность его до­ ходит до 55 и даже 60%;, вследствие чего значительно ухудшаются условия его сжигания. Каждый сорт угля имеет свою максимальную влажность; излишек воды сте­

Например, 100 т бурого угля, имеющего низшую тепло­

21

топлива: 100 т мазута, имеющего низшую теплоту сгора­ ния 9 200 ккал/кг, составляют условного топлива

1 по ^ 200__1 о 1

100 7006= 131 Т-

Ежегодно производится вычисление среднего по все­ му СССР расхода условного топлива па 1 кВт-ч выда­ ваемой потребителям электроэнергии. Экономичность электростанций СССР непрерывно возрастает. В 1955 г.

основными техническими характеристиками твердых топ­ лив. Но существуют и другие их характеристики.

С возрастанием влажности угля уменьшается его сы ­

в бункерах. Таким образом, наличие в топливе влаги не только понижает его теплоту сгорания, но влияет и на другие его свойства.

Большое влияние на условия работы котла оказывает и содержащаяся в топливе зола. Большая зольность снижает теплоту сгорания топлива и соответственно уве-

22

Личивает его расход и затраты на его перевозку. Значе­ ние имеет не только количество золы в угле, но и тем­ пература, при которой эта зола начинает размягчаться, из-за чего она может налипать на трубах котла. Зна­ чительную роль (особенно при наличии жидкого шлакоудаления) играет и другая характеристика золы — т е м ­ п е р а т у р а ее п л а в л е н и я .

Чем меньше в угле летучих, тем при более высокой температуре происходит его воспламенение. В о с п л а ­ м е н я е м о с т ь твердых топлив не зависит от их тепло­ ты сгорания. Наиболее трудновоспламеняемое топливо— антрацит — имеет весьма высокую теплоту сгорания.

Чем меньше воспламеняемость твердого топлива, тем тоньше нужно его размалывать в мельницах. Т о н к о с т ь п о м о л а определяют просеиванием пробы угольной пыли через специальные металлические сита. В СССР

тонкость помола характеризуется остатком на сите, имеющем отверстия размером 90 мкм (0,090 мм) J. При размоле антрацита требуется, чтобы остаток на этом сите не превышал 6—10% веса просеянного топлива. При более грубом помоле антрацита может возрасти потеря тепла от недожога. Недопустим и слишком тон­ кий помол, при котором условия горения для большин­ ства топлив мало улучшаются, но увеличивается затра­ та электроэнергии на их размол.

Для сжигания тощих углей нормальной считается тонкость помола, характеризуемая 12%; остатка на сите 90 мкм. Для углей, имеющих более высокое содержание летучих веществ и лучшую воспламеняемость, допустим

молом пробы угля в специальных лабораторных мельни­ цах. Наиболее твердым из топлив СССР, т. е. топливом с наихудшей размолоспособностью, является донецкий

при размоле данного топлива больше, чем при размоле антрацита, коэффициент размолоспособности которого условно принимают равным единице (сравнивается под-

1 Микрон (мкм) равняется 0,001 мм.

23

сушенное топливо при одинаковой тонкости помола). Коэффициент размолоспособности не зависит от возрас­ та топлива и содержания в нем летучих. Например, по данным ВТИ для челябинского бурого угля он колеблет­ ся от 1,02 до 1,33, для подмосковного бурого угля он ра­ вен 1,75, для кизеловского каменного угля 1,0, для донец­ кого тощего угля 1,9.

Классификация и условные обозначения углей. Иско­ паемые угли делят на три основных типа — на антраци­ ты, каменные и бурые угли. Переходным типом между антрацитом и каменными углями является полуантрацит.

Антрациты отличаются малым содержанием летучих

цветом, сколько пониженной теплотой сгорания. Мелким называют антрацит с кусками размером

13—25 мм, семечком— с кусками от 6 до 13 мм и шты­ бом— менее 6 мм. Рядовой антрацит может иметь куски различной величины, но менее 100 мм.

Отдельные сорта угля принято условно обозначать буквами. Тощий уголь обозначают буквой Т, длиннопла­ менный— Д, газовый — Г, бурый — Б, антрацит — А. К условному обозначению сорта угля часто добавляют вторую букву, характеризующую крупность его кусков и другие особенности. Например, бурый крупный уголь обозначают БК, весьма распространенный антрацитовый штыб— АШ, паровичный жирный уголь — ПЖ и т. д. Иногда применяют и более сложные обозначения, на­ пример антрацит рядовой со штыбом — АРШ, антрацит семечко со штыбом — АСШ.

Характеристики мазута. Поступающий на электро­ станции мазут получается на нефтеперегонных заводах в результате смешения различных остаточных нефтепро­ дуктов. Характеристики мазута зависят не только от свойств сырой нефти, но и от условий работы нефтепе­ регонных заводов.

На электростанциях применяют мазут марок 40, 100 и 200. Эти марки характеризуют исчисляемую в граду­

24

зута марки 100 ВУ тогда равна 15,5°, Наиболее вязкий мазут марки 200 должен нагреваться до большей темпе­ ратуры и при 100 °С имеет ВУ от 6,5 до 9,5°. Такой ма­ зут направляют на электростанции преимущественно по трубопроводам прямо от нефтеперегонных заводов.

Большое влияние на работу котлов может оказывать даже небольшое количество содержащихся в мазуте вредных примесей — золы, серы и металла ванадия. Так, увеличение зольности мазута от 0,15 до 0,30%' приводи­ ло к сокращению более чем в 2 раза продолжительности безостановочной работы котлов до их очистки (их кам­ пании). Сера и ванадий способствуют разрушению (кор­ розии) отдельных стальных элементов котлов.

2-2. Вода и водяной пар

Природная вода. Поступающая на электростанцию вода из реки, пруда или озера, всегда содержит в себе некоторое количество различных примесей. Часть этих примесей растворена в воде (например, поваренная соль, соли кальция и магния, а также газообразные со­ ставляющие— кислород, углекислота и др.). Другие ве­ щества взвешены в воде в виде мелких твердых части­ чек, причем некоторые частицы настолько малы, что 'про­ ходят через обычный механический фильтр. Таковы, на­ пример, многие органические вещества, являющиеся продуктом распада растительных и животных организ­ мов.

Состав природных вод весьма разнообразен и зави­ сит не только от того, используется ли на данной элек­ тростанции вода из реки, озера или водохранилища, но и от того, между какими горными породами протекают реки и какие вещества они вымывают, находятся ли вверх по течению фабрики, шахты и т. и. предприятия, сбрасывающие в реку свои отработавшие воды.

Так, например, количество взвешенных и растворенных веществ очень мало в р. Неве, вода которой отстаивается последовательно в Онежском и Ладожском озерах. Много минеральных веществ содержится в природных водах Донбасса, что объясняется наличием в почве мела и гипса. Вода рек Закавказья, текущих с гор и питаю-

25

щихся тающим снегом, содержит мало растворенных веществ. Но эти реки текут с большой скоростью и увлекают с собой большое количество твердых частиц из горных пород, по которым они про­ текают.

В СССР ведется активная борьба с загрязнением рек и озер отходами промышленных предприятий. Опасное загрязнение воды может быть вызвано неправильными действиями работников котель­ ного цеха электростанции (например, при сбросе в реку отходов химической очистки котла).

Питательная и котловая вода. Природную воду под­ вергают на электростанции специальной обработке в во­ доочистительных устройствах. Взвешенные в воде веще­ ства обычно почти полностью улавливаются в фильтрах и отстойниках, но значительное количество растворен­

твердых частиц, в том числе окислов железа и меди, об­ разующихся в результате ржавления (коррозии) обору­ дования на самой электростанции.

Условия перемещения внутри котла солей и взвешен­ ных частиц могут быть различными и зависят прежде

жутся вместе с водой до ее полного превращения в пар. Часть их уносится из котла с паром, а остальное их ко­ личество оседает на внутренней поверхности труб котла. Чтобы избежать быстрого роста толщины слоя такого осадка, а также не допускать отложения его в паровой турбине, нужно следить за тем, чтобы содержание ве­ ществ в питательной воде прямоточных котлов не превы­ шало значений, узаконенных нормами.

Вода, находящаяся в б а р а б а н н о м котле (рис. 4-1,а и б) и циркулирующая при его работе по замкнутому пу­ ти, называется к о т л о в о й водой . Обычно в барабан­ ном котле лишь весьма малая часть солей уносится па­ ром. Основное количество солей и почти все твердые ча­ стицы задерживаются в котле, из-за чего их содержа­ ние в котловой воде постепенно увеличивается. Если не удалять из котла часть воды, то с о л е с о д е р ж а н и е котловой воды может возрасти до опасных пределов.

26

непрерывной продувки состоит, следовательно, в поддер­ жании требуемого солесодержания котловой воды. Кро­

гипс, известковый шпат и пр. Эти и многие другие поро­

пературы, теряет свою прочность и может быть разру­

пи или накипи, загрязненной маслом, равнозначен но своему действию более толстому слою гипсовой накипи.

Современный барабанный котел должен работать та­ ким образом, чтобы накипь в его трубах совсем не обра­ зовывалась. В прямоточных котлах допустимой считает­

27

ся лишь ничтожная толщина слоя накипи. Образова­ ние накипи предотвращается различными мероприя­ тиями.

Предварительная очистка воды. Почти на всех элек­ тростанциях основной частью питательной воды котлов является конденсат, возвращаемый из паровых турбин и теплообменных аппаратов. В этом конденсате соли обычно почти отсутствуют. Исключением являются слу­ чаи, когда в конденсаторе турбины возникают неплотно­ сти, сквозь которые просачивается небольшое количество охлаждающей воды из реки или пруда. На всех тепло­ вых электростанциях .качество конденсата систематиче­ ски контролируется. У большинства энергоблоков сверх­ критического давления, у которых загрязнение питатель­ ной воды приводит к наиболее опасным последствиям, конденсат очищают на пути в котел (рис. 2-6,6).

Кроме конденсата в котлы вводится дополнительная вода, восполняющая ее потерю на электростанции. Эта добавка очень мала на конденсационных станциях, но может быть значительной на теплоэлектроцентралях, где большое количество пара отдается потребителям безвоз­ вратно. Как правило, соли жесткости и другие вещества, способные образовывать накипь, почти полностью улав­ ливаются из воды в водоочистительных фильтрах. При­

гравия или песка и оставляет в нем почти все нераство­ ренные твердые частицы. Далее вода направляется обыч­ но в к а т и о н и т н ы е фильтры, где происходит замена одних растворенных в ней веществ другими. Например, проходя через слой сульфоугля или другого специально­ го измельченного материала ( к а т и о н а ) , вода отдает этому катиону растворенные в ней соли жесткости, полу­ чая вместо них поваренную соль. Когда катион в одном из фильтров теряет -свою способность к такому обмену солей, этот фильтр отключают и промывают раствором поваренной соли, благодаря чему вымываются накоплен­ ные в катионе соли жесткости и он снова заряжается поваренной солью.

Применяются и иные фильтры, очищающие воду от других растворенных веществ. На рис. 2-6 упрощенно по­ казано, как уловленные соли в виде потока В отводятся из фильтров обратно в реку.

28

Рис. 2-6. Упрощенные схемы движения солей в воде и паре на элек­ тростанции. Толщина линий условно характеризует количество пере­ носимых солей (насосы, подогреватели и другое вспомогательное оборудование на схеме не показаны).

Вустановке, изображенной на рис. 2-6,а, очищенная

вфильтрах вода направляется в котел. На многих элек­ тростанциях выходящую из фильтров воду испаряют,

Периодическая очистка испарителя от солей жесткости была бы затруднительной, но поваренная соль легко из него вымывается.

В большинстве энергоблоков сверхкритического дав­

у с т а н о в к у (БОУ), чем обеспечивается еще более пол­ ная очистка питательной воды.

29