книги / Теплотехника (курс общей теплотехники)

Пример 18-2. Определить калориметрическуютемпературу горения мазута по условиям примера 18-1. Температуру мазута принять /Т=90°С. теплоемкость мазута с*=2,1 кож/(кг-граб). Расчет провести для двух температур воздуха, подаваемого для горения: /в=20 и 400° С.

'Энтальпия мазута /т /т = 2,1.-90 = 188,6 кдж на 1кг топлива.

Энтал-ьпия воздуха при температуре 20°С /в = Р«св/в= 10,7-1,15-1,263-20»318,5 кдж/

Задаваясь предварительно значением /«=1900°С, находим средние

теплоемкости газов и определяем по формуле (18-24) калориметриче­ скую температуру горения:

Энтальпия воздуха при г„=400°С /а = 10,7-1,15-1,333*400 = 6570 кдж на 1кг топлива.

Задаваясь предварительно значением /К=2100°С, находим средние теплоемкости газов, а затем калориметрическую температуру сгорания:

Отсюда видно, что повышение температуры воздуха, идущего на сгорание, позволяет поднять калориметрическую, а следовательно, и дей­ ствительную температуру сгорания топлива.

Визвестных случаях, например при расчете тяго-дутьевых устройств

игазового тракта, требуется знать объемы продуктов сгорания и возду­ ха не при нормальных, а при фактических температурах их и. давлении окружающей среды. В этом-случае для определения фактических объеч

мов указанных выше сред служит формула

где Уи—объем газа при нормальных.условиях;

Рн—давление при нормальных условиях; Рф—фактическое давление; /ф—фактическая температура газа, °С.

При проектировании котельных установок, промышленных печей,ре­ куператоров, регенераторов и котлов-утйлизаторов приходится выпол­ нять много расчётов, в частности делать подробные расчеты горения при различных избытках воздуха, вычислять калориметрические темпе­ ратуры сгорания при разных подогревах воздуха и топлива и т. п. Эти расчеты значительно упрощаются'при пользовании диаграммами 1—1 сгорания для типичных топлив. Схема такой диаграммы показана на

рис. 18-2.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫК ЧАСТИIII

249

Ч а с т ь IV

К о т е л ь н ы е у с т а н о в к и

Глава 19 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Котельной установкой называют совокупность устройств и механиз­ мов, предназначенную для производства водяного пара или получения горячей воды. Водяной пар используют для привода в движение паро­ вых двигателей, для производственных нужд промышленности и сель­ ского хозяйства, а также для отопления помещений. Горячую воду пред-- назначают для отопления производственных, общественных и жилых зданий, а также для бытовых нужд населения. Пар или горячую воду получают, используя в большинстве случаев тепло сжигаемого органиче­ ского топлива.

‘ Котельная установка, служащая для производства пара (рис. 19-1), представляет собой сложное сооружение, основными элементами которо­ го является топка (А/) и паровой котел (А2). В топке осуществляется сжигание топлива, в результате чего выделяется химически связанное

в нем тепло; в котле тепло, выделившееся из топлива в процессе горе­ ния и пошедшее на нагрев образовавшихся газообразных продуктов

сгорания до высокой температуры, передается от этих газов воде, кото­ рая превращается в пар. В современной котельной установке под соб­ ственно котлом понимают всю совокупность парообразующих элементов установки, как-то топочные экраны, фестоны, конвективные котельные поверхности.

С целью повышения экономичности установки котел обычно допол­ няют пароперегревателем (А4), водяным экономайзером {А6) и возду­

хоподогревателем (А7). Пароперегреватель предназначается для повы­ шения температуры производимого в котле пара, что, как известно из термодинамики, приводит к повышению к.п.д. термодинамического цик­ ла паросиловой установки. Водяной экономайзер и воздухоподогрева­ тель устанавливают для лучшего использования тепла сгоревшего топ­ лива. В водяном экономайзере в результате использования тепла уходя­ щих из котла дымовых газов происходит подогрев питательной воды перед поступлением ее в котел. В воздухоподогревателе оставшимся

теплом дымовых газов подогревается воздух, подаваемый в топку для сжигания топлива, чтосущественноулучшает процесс горения.

Собственно котел, пароперегреватель, водяной экономайзер и возду­ хоподогреватель, а также топка, которые обычно связаны между собой в единое целое, в совокупности с примыкающими к ним паро- и водо­

проводами, соединительными газоходами и воздуховодами, арматурой и гарнитурой образуют паровой котельный агрегат, или, что то же самое* парогенератор. Котельный агрегат монтируется на каркасе, устанавли­ ваемом на фундаменте, и заключается в обмуровку; для его обслужива­

ния вокруг негоустанавливаютлестницы и площадки.

Металлические поверхности элементов котельного агрегата, кото­

2Й0

воздушного бассейна и окружающей территории. Кроме того, эта зола, проходя через дымососы, вызывает-быстрое изнашивание йх; крыльчат­ ки-, требующее-чрезмерно частого ре'моНта их. Во избежание-этого:у ко-* тельных агрегатов, предназначенных для работы натвердом1топливе*, перед дымососом устанавливают золоуловители (В/), в который дымо­ вые -газы очищаются от золы, унесенной из топки. Зола, осевшая на поверхностях нагрева и в золовых бункерах, а также уловленная в зо­ лоуловителе, удаляется через золоспускное устройство {В3)\ Шлак оста­ ется в топке и удаляется из нее через шлакоспускные устройства (В2). Спущенные зола и шлак поступают в систему шлакозолоудалейия \В4) для отвода в золовой отвал.

Питательные установки предназначаются для подачи' в котёл под­ лежащей испарению воды. Их основной частью являются питательные насосы с электрическим (ДЗ) и паровым (Д2) приводом/ развивающие давление, необходимое для преодоления давления пара в котле и сопро­ тивления всей системы питательных линий. Другой частью питательной установки являются питательные баки (Д7), предназначаемые для при­ нятия и хранения некоторого количества воды, подаваемой в котлы (пи­

тательная вода). Баки вводятся в систему питания котла, чтобы исклю­ чить опасность перерыва в его питании. В котельных установках элект­ ростанций в котельные агрегаты обычно” подается вода, предвари­

тельно подогретая отборным паром из турбин в специальных подо­ гревателях (Д4).

*Природная вода содержит механические Иколлоидальные примеси,

атакже растворенные соли и газы. Некоторые соли выделяются из воды

при ее испарении в котлё и оседают на внутренних стейках поверхностей нагрева в виде плотной, трудно отделимой накипи, которая ухудшает пе­ редачу тепла через стенку и может вызвать разрушение металла стенки в результате его перегрева. Другие соли выпадают в объеме котловой

воды в виде мелкодисперсных взвешенных частиц, что приводит к по­ явлению в котле подвижного'осадка, называемого шламом, которыйтак­ же-причрезмерном накоплений может послужить причиной аварии кот­ ла. Поэтому воду, предназначенную для подачи в котел, предварительно осветляют (фильтруют) и умягчаю'Т, доводя содержаниев ней солей, об­ разующих-накипь и-шлам, до технически возможного минимума. С этой целью сооружают водоподготовйтельную установку, в которую входятустройства для осветления (ГЗ) и умягчения (Г4) воды. Для создания запаса сырой воды и подачи ее в водоподготовительную установку пре­ дусматривают баки (Г1) и насосы (Г2) сырой воды.

Кислород растворенного в воде воздуха, попадая в котел, вступает

вреакцию с металлом и вызывает коррозию (ржавление) его. Это при­ водит к необходимости освобождать питательную воду.от растворенного

вней воздуха, что осуществляют в особом устройстве—деаэраторе (Г5).

Оставшееся в умягченной питательной воде минимальное количест­ во солей постепенно накапливается в котловой воде в процессе ее испа­ рения. Поскольку это может привести к образованию накипи и пллама

в паровом котле, в нем для удаления проникших солей предусматривают* устройство системы продувки котла, в которую входят сепаратор не­

прерывной продувки (Е1), продувочные линии и барботер (Е2) для при­ ема продувочной воды а также линии непрерывной продувки.

Образующийся в паровом котле пар в процессе выделения из кипя­ щей воды уносит капельки влаги, в которых содержится некоторое ко­ личество растворенных солей. Попадая в пароперегреватель, эти капли влаги испаряются, а содержащиеся в них соли либо оседают на внутрен­ них' поверхностях труб пароперегревателя; либо попадают в паровую' турбину, расстраивая их работу. Чтобы избежать этого, в паровых кот-

252

лах устраивают сепарационные устройства (АЗ), предназначаемые для

отделения капель влаги от выходящего из котла пара и удаления обра­ зующегося сепарата.

Вр многих участках котельной установки (паропроводы, теплообмен­ ники и тГ п.) в результате теплоотдачи происходит охлаждение пара,- обычно сопровождающееся образованием конденсата. В связи с этим возникает необходимость создания дренажной системы для удаления этого конденсата, который собирают в дренажный (конденсатный) бак Ж/, а затем возвращают в деаэратор конденсатными насосами Ж2.

В котельной установке происходит много различных тепловых; гид­

родинамических и аэродинамических процессов, ход которых необходимо регулировать и контролировать. В связи с этим каждую котельную уста­ новку оборудуют различными регулирующими устройствами (регулятор температуры перегрева пара А5, направляющие аппараты дымососов и.вентиляторов и др.), запорными и предохранительными устройствами (вентили и задвижки на трубопроводах, газовые шиберы, предохрани­ тельные клапаны и др.), а также контрольно-измерительными прибора­ ми, Наряду с.этим котельную установку оснащают системой автомати­ ческого регулирования происходящих в ней процессов, что обеспечива­ ет их более точное и быстрое регулирование по сравнению с ручным регулированием и приводит к повышению экономичности работы уста­

новки.

Водогрейная котельная установка всегда более проста, чем паровая той же теплопроизводительности, так как получение горячей воды тем­ пературой 95—150° С и давлением до 2,5 Мн/м2 проще, чем получение насыщенного или перегретого пара.

В соответствии с назначением и родом производимого теплоносите­ ля различают энергетические, промышленные и отопительные котель­ ные, а также котельные с паровыми и водогрейными котлами. Наиболее сложными являются энергетические котельные, так как они предназна­ чены для производства больших количеств пара высокого давления и высокой температуры. Промышленные и отопительные котельные с па­ ровыми и водогрейными котлами более просты, так как предназначают­ ся для производства меньших количеств тепла и.пара, характеризуемого меньшим давлением и температурой перегрева.

Глава 20 ОБЩИЕ ЦРИНЦНПЫ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА

Топочным устройством или топкой называют часть котельного агре­ гата, которая предназначена для сжигания топлива и выделения хими­ чески связанного в нем тепла. Вместе с тем топка является теплообмённым устройством, в котором поверхностям нагрева отдается излучением часть тепла, выделившегося при горении топлива. Наконец, в случае сжигания твердого топлива топка в известной мере служит сепаранион­ ным устройством, поскольку в ней выпадает некоторая часть золы

топлива.

' В соответствии с видом сжигаемого топлива различают топки для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. Кроме того, су­ ществуют топки, в которых одновременно и разновременно можно сжи­ гать различные виды топлива: твердое с жидким или газообразным, жидкое й газообразное,'

253

Существуют три основных способа сжигания топлива: в слое, факе­ ле и вихре (циклоне). В соответствии с этим топки разделяют на три больших класса: слоевые, факельные и вихревые. Факельные и вихре­ вые топки часто объединяют в общий класс камерных топок.

В слое топливо сжигают под котельными агрегатами паропроизводительностыо до 20—35 т/ч. В слое можно сжигать только твердое кус­ ковое топливо, как-то: бурые и каменные угли, кусковой торф, горючие сланцы, древесину. Топливо, подлежащее сжиганию, загружают на ко­ лосниковую решетку, на которой оно лежит плотным слоем. Горение топлива происходит в струе воздуха, пронизывающего этот слой обычно

снизу вверх.

Топки для сжигания топлива в слоеразделяют натри класса, а имен­ но (рис. 20-1): 1) топки с неподвижной колосниковой решеткой и не­ подвижно лежащим на ней слоем топлива (рис. 20-1, а и б); 2) топки с движущейся колосниковой решеткой, перемещающей лежащий на ней слой топлива (рис. 20-1, в, г); 3) топки с неподвижной колосниковой ре­ щеткой и перемещающимся по ней слоем топлива (рис. 20-1, д, е и ж).

Наиболее простой топкой с неподвижной колосниковой решеткой и неподвижным слоем топлива является ручная горизонтальная колосни­ ковая решетка (рис. 20-1,а). На этой решетке можно сжигать твердое топливо всех видов, но необходимость ручного обслуживания ограничи­ вает область применения ее котлами очень малой паропроизводительности (до 1—2 т/ч).

Для слоевого сжигания топлива под котлами большей паропроизводительности обслуживание топки и прежде всего подачу в нее свежего топлива механизируют.

В топках с неподвижной решеткой и неподвижным слоем топлива механизация загрузки осуществляется применением забрасывателей /,

которые непрерывно механически загружают свежее топливо и разбра­ сывают его по поверхности колосниковойрешетки2 (рис. 20-1,6). В этих

топках можно сжигать каменные и.бурые угли, а иногда и антрацит под котлами паропроизводительностью до6,5—10 т/ч.

К классу топок с движущейся колосниковой решеткой, перемещаю­

щей лежащий на ней слой топлива, относят топки с механической цеп­ ной решеткой (рис. 20-1,в), которые выполняют в различных модифика­ циях. В этой топке топливо из загрузочной воронки 1 поступает самоте­ ком на переднюю часть медленно движущегося бесконечного цепного колосникового полотна 2, которым оно подается в топку. Горящее топ­ ливо непрерывно перемещается потопке вместес полотном решетки; при этом оно полностью сгорает, .после чего образовавшийся в концЬ ре­

шетки шлак ссыпается в шлаковый бункер3.

Топки с цепной решеткой чувствительны к качеству топлива. Лучше всего они подходят для сжигания сортированных неспекающихся уме­ ренно влажных и умеренно зольных углей с относительно высокой тем­ пературой плавления золы и выходом летучих 10—25% на горючую массу. В этих топках можно также сжигать сортированный антрацит. Для работы на спекающихся углях, а также углях с легкоплавкой золой топки с цепной решеткой непригодны.

Эти топки можно.устанавливать под котлами паропроизводительно-, стыо от 10 до 150 т/ч, но в СССР их устанавливают под котлами, паро­ производительностью 10—35 т/ч главным образом для сжигания сорти­ рованного антрацита.

Для сжигания топлива большой влажности, в частности кускового торфа, цепную решетку комбинируют с шахтным предтопком, который предназначается для предварительной сушки топлива. Наиболее распро­ страненной шахтно-цепной топкой является топка проф. Т. Ф. Макарьева.

254

В этих топках колосниковое полотно решетки 2 движется в обратном

направлении, т. е. от задней стенки топки к передней. На фронтальной стене топки размещены забрасыватели /, непрерывно подающие топли­

во на полотно; выгоревший шлак ссыпается с решетки в шлаковый бун­ кер 3, размещенный под передней частью топки. Топки рассматриваемо­ го типа значительно менее чувствительны к качеству топлива, чем топки с решеткой прямого хода; их применяют для сжигания как сортирован­ ных, так и не сортированных каменных и бурых углей под котлами па-,

ропроизводительностью 10—35 т/ч.

Топки с неподвижной колосниковой решеткой и перемещающимся

по ней слоем топлива основаны на различных принципах организации процессов движения и горения топлива. В.то.пках с .шурующей планкой.. (рис. 20-1,д) топливо перемещается вдоль неподвижной горизонтальной,

колосниковой решетки 2 специальной особой формы планкой 1, движу­ щейся возвратно-поступательно по колосниковому полотну. Применяют их для сжигания бурых углей под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч. Разновидностью топки с шурующей планкой является фа­ кельно-слоевая топка системы'проф. С. В. Татищева, получившая приме­ нение для сжигания фрезерного торфа под котлами паропроизводитель­ ностью до 75 т/ч. Она отличается от обычной топки с шурующей план­ кой наличием шахтного предтопка, в котором происходит предваритель­ ная подсушка фрезерного торфа дымовыми газами, засасываемыми в шахту специальным эжектором. В этой топке можно также сжигать бурые и каменные угли.

В топках с наклонной колосниковой решеткой (рис. 20-1, в) и ско­ ростных топках системы В. В. Померанцева (рис. 20-1, ж) свежее топ-- ливо, поступившее в топку сверху, по мере сгорания сползает под дей­ ствием силы тяжести в нижнюю часть топки, открывая тем самым воз­ можность для поступления в топку новых порций свежего топлива. Эти

топки применяют для сжигания древесных отходов под котлами паро­ производительностью 2,5 до 20 т/ч, а шахтные топки и для сжигания

кускового торфа—под котлами паропроизводительностью до 6,5 т/ч.

В соответствии с особенностями топливного баланса Советского Со­ юза, в котором преобладающее значение имеюткаменныеи отчастибу­ рые угли, основное распространение имеют топки с забрасывателями и

механические цепные решетки. Топки же,-предназначенныедля сжигания торфа, сланцев и древесины, распространены значительно меньше, так как топливо этих видов в топливном балансе СССР играет второстепен­

ную роль.

В факельном процессе можно сжигать топливо твердое, жидкое и газообразное. При этом газообразное топливо не требует какой-либо предварительной подготовки; твердое топливо должно быть предвари­ тельно размолото в тонкий порошок в особых пылеприготовительных установках, основным элементом которых являются углеразмольные мельницы, а жидкое топливо должно быть распылено на очень мелкие

капли в форсунках.

Жидкое и газообразное топливо сжигают под котлами любой паропроизводительности, а пылевидноетопливо—под котельнымиагрегатами паропроизводительностью начиная от 35—50 т/ч и выше.

Сжигание в факельном процессе топлива каждого из трех видов отличается конкретными особенностями, но общие принципы факельно­ го способа сжигания остаются одинаковыми для всякого топлива.

Факельная топка (рис. 20-2) представляет собой прямоугольную камеру /, выполненную из огнеупорного кирпича, в которую через го­

256