7260

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный

университет»

Н. Т. Пузиков

Безопасная эксплуатация теплогенерирующих установок

Учебно-методическое пособие для студентов ,изучающих дисциплину «Безопасная эксплуатация

теплогенерирующих установок» направления подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» ,профиль «Безопасность технологических процессов и производств»

Нижний Новгород

2016

2

УДК 662.692.4.

Н.Т.Пузиков Безопасная эксплуатация теплогенерирующих установок[Электронный ресурс]: учебно.-метод.

пос./Н.Т.Пузиков;Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т

– Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. –108 с; ил.15 электрон.опт.

диск (CD-RW)

В учебно-методическом пособии рассмотрены некоторые вопросы безопасной эксплуатации теплогенерирующих установок. Приведены свойства газообразного топлива, требования к помещениям котельных и ГРП. Дана методика расчета теплового и эксергетического балансов котлоагрегата.

Рекомендуются для студентов направления подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» ,профиль «Безопасность технологических процессов и производств»

© ННГАСУ, 2016.

3

Введение

Эффективность, безопасность, надежность и экономичность работ теплоэнергетического оборудования котельных во многом определяются методом сжигания топлива, совершенством и правильностью выбора оборудования и приборов, своевременностью и качеством проведения пуско-наладочных работ, квалификацией и степенью подготовки обслуживающего персонала. Повышение надежности и экономичности систем теплоснабжения зависит от работы котельных агрегатов, рационально спроектированной тепловой схемы котельной, широкого внедрения энергосберегающих технологий, экономии топлива, тепловой и электрической энергии.

1.Типы и назначение котельных установок

Современная котельная установка представляет собой сложное техническое сооружение. Она состоит из котельного агрегата и вспмогательного оборудования, размещенного в помещении котельной или вне ее границ и предназначенного для производства пара и с необходимыми параметрами или для приготовления горячей воды, или того и другого одновременно.

В состав котельного агрегата входят паровой (водогрейный) котел, топка, паронагреватель, водный экономайзер, воздухоподогреватель, обмуровка, каркас с лестницами и площадками, а также арматура и гарнитура.

4

К вспомогательному оборудованию относятся тягодутьевые и питающие устройства, оборудование водоподготовки, топливоподачи, а также контрольно-измерительные приборы и системы автоматизации.

Технологический процесс получения пара осуществляется в следующей последовательности. Топливо при помощи газомазутных устройств вводится в топку, где оно и сгорает. Воздух, необходимый для сгорания топлива, подается в топку дутьевым вентилятором при искусственной тяге или подсасывается через колосниковую решетку при естественной тяге.

Для улучшения процесса сгорания топлива и повышения экономичности работы котлоагрегата воздух перед подачей в топку предварительно подогревается дымовыми газами в воздухонагревателях.

Дымовые газы, отдав часть своего тепла радиационным поверхностям нагрева, размещенным в топочной камере, поступают в конвективную поверхность нагрева, охлаждаются и дымососом удаляются через дымовую трубу в атмосферу.

Сырая водопроводная вода проходит через катионитовые фильтры, смягчается и дальше поступает в деарационную колонку, где из нее удаляют агрессивные газы (О2 и СО2), и стекает в бак деаэрированной воды. Из бака питательной воды она питательным насосом подается в паровой котел.

Пройдя по поверхностям нагрева, вода испаряется и под рабочим давлением пара собирается в верхнем барабане. Из котла пар подается в общекотельный паровой коллектор и оттуда подается потребителям.

По назначению котельные установки разделяются на отопительные, производственно-отопительные и энергетические.

5

Паровые и водогрейные котлы, используемые в различных отраслях экономики, относятся к наиболее опасному стационарному оборудованию и поэтому требуют квалифицированной эксплуатации и надзора, соответствующей подготовки для безопасной эксплуатации.

Действующие в настоящее время Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов, утвержденные постановлением Госгортехнадзора России (Ростехнадзор) от 11 июня 2003 г. 88, устанавливают требования к проектированию, конструкции, материалам, изготовлению, монтажу, наладке, ремонту и эксплуатации паровых котлов, автономных пароперегревателей и экономайзеров с рабочим давлением более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2), водогрейных котлов и автономных экономайзеров с температурой воды выше 115 ° С, и распространяются на:

•паровые котлы, в том числе котлы-бойлеры, а также автономные пароперегреватели и экономайзеры;

•водогрейные и паро-водогрейные котлы;

•энерготехнологические котлы: паровые и водогрейные, в том числе содорегенерационные котлы (СРК);

•котлы-утилизаторы (паровые и водогрейные);

•котлы передвижных и транспортабельных установок и энергопоездов;

•котлы паровые и жидкостные, работающие с высокотемпературными органическими теплоносителями (ВОТ);

•трубопроводы пара и горячей воды в пределах котла. Указанные Правила не распространяются на:

6

•котлы, автономные пароперегреватели и экономайзеры, устанавливаемые на морских и речных судах и других плавучих средствах (кроме драг) и объектах подводного применения;

•отопительные котлы вагонов железнодорожного состава;

•котлы с электрическим обогревом;

•котлы с объемом парового и водяного пространства 0,001 м3 (1 л) и менее, у которых произведение рабочего давления в МПа (кгс/см2) на объем в м3(л) не превышает 0,002 (20);

•на теплоэнергетическое оборудование атомных электростанций;

•пароперегреватели трубчатых печей предприятий нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Под контролем Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору находится свыше 26 тыс. организаций, осуществляющих деятельность, связанную с объектами котлонадзора, более 83 тыс. паровых и водогрейных котлов, в том числе более 3 тыс. энергетических, подконтрольных Ростехнадзору.

В 2007 г. Ростехнадзором было проведено свыше 25 тыс. обследова-ний поднадзорных организаций, из которых комплексных

обследова-ний — 969, целевых проверок — 5973, оперативных обследований — 16657, проверок соблюдения лицензионных требований и условий — 1780. При этом только паровых и водяных котлов было обследовано порядка 58 тыс.

По результатам проверок было выявлено и предписано к устранению свыше 200 тыс. нарушений требований промышленной

7

безопасности, в том числе более 9 тыс. нарушений лицензионных требований и условий.

По данным Ростехнадзора, в 2007 г. при эксплуатации оборудования, работающего под давлением, произошло три аварии, что на три аварии меньше по сравнению с 2006 г., и семь несчастных случаев со смертельным исходом, что на восемь случаев меньше по сравнению с предыдущим годом. Экономический ущерб от аварий составил более 12 млн руб. Имели место четыре групповых несчастных случая. В результате несчастных случаев пострадало 19 человек, из них девять человек погибли.

Основными причинами аварий и групповых несчастных случаев являются низкий уровень производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности, нарушения трудовой и производственной дисциплины, эксплуатация оборудования не обученным и не аттестованным обслуживающим персоналом.

Основные принципы организации эксплуатации котельных заключаются в том, чтобы обеспечить надежную, экономичную и безаварийную работу котельного оборудования, что достигается в большей мере хорошо отлаженной работой как специалистов в этой сфере, так и обслуживающим котельные установки обученным, постоянно повышающим свою квалификацию персоналом.

Настоящее практическое пособие содержит много полезной информации и будет полезно руководителям, специалистам, инженерам по охране труда предприятий и организаций, осуществляющим деятельность, связанную с объектами котлонадзора.

8

Котельный агрегат является энергетическим устройством с определенной производительностью по пару или воде D (т/ч) с заданными давлением р (МПа) и температурой t (° С). Если в таком устройстве получают пар, то его называют парогенератором или паровым котлом. Если конечным продуктом является горячая вода, используемая в промышленных технологических процессах и для отопления промышленных, общественных и жилых зданий, то такое устройство называют водогрейным котлом.

По характеру движения воды, пароводяной смеси и пара паровые котлы подразделяются (рисунок 1):

−на барабанные с естественной циркуляцией;

−на барабанные с многократной принудительной циркуляцией;

−на прямоточные.

В барабанных котлах с естественной циркуляцией (рисунок 20а) вследствие разности плотностей пароводяной смеси и жидкости будет происходить движение пароводяной смеси – вверх, а воды – вниз. Трубы, в которых опускается вниз вода, называются опускными, а трубы, в которых поднимает пароводяная смесь, – подъемными (экранными).

Отношение расхода воды Gв, проходящей через контур, к паропроизводительности контура D называется кратностью циркуляции Кц. Для котлов с естественной циркуляцией Кц колеблется от 10 до 60.

Разность весов двух столбов жидкостей (воды в отпускных и пароводяной смеси в подъемных трубах) создает движущий напор p, Н/м², циркуляции воды в трубах котла:

p = gh(ρв − ρсм),

9

где h – высота контура, м; pв и pсм – плотности (объемные массы) воды и пароводяной смеси, кг/м³; g – ускорение свободного падения, 9,8

м/c2.

Вкотлах с принудительной циркуляцией движение воды и пароводяной смеси (рисунок 1б) осуществляется с помощью циркуляционного насоса ЦН, движущий напор которого рассчитан на преодоление сопротивления всей системы.

Впрямоточных котлах (рисунок 1в) нет циркуляционного контура, нет многократной циркуляции воды, отсутствует барабан, вода прокачивается питательным насосом ПН через экономайзер ЭК, испарительные поверхности ИСП и пароперегреватель ПЕ, включенные последовательно. Прямоточные котлы используют воду более высокого качества, вся вода, поступающая в испарительный тракт, на выходе из него полностью превращается в пар, в этом случае кратность циркуляции Кц = 1.

Рисунок 1. Схемы генерации пара в паровых котлах

10

а – естественная циркуляция; б – многократная принудительная циркуляция; в – прямоточная схема;

Б – барабан; ИСП – испарительные поверхности; ПЕ – пароперегреватель; ЭК – водяной экономайзер;

ПН – питательный насос; ЦН – циркуляционный насос; НК – нижний коллектор; Q – подвод тепла; ОП – опускные трубы; ПОД – подъемные трубы; Dп – расход пара; Dп.в – расход питательной воды

Паровой котельный агрегат (парогенератор) характеризуется паропроизводительностью (т/ч или кг/с), давлением (МПа или кПа), температурой производимого пара и температурой питательной воды. Характеристики ряда отечественных паровых котлов приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики отечественных паровых котлов