Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по расчетно-графическкой работе для студентов дневной

и заочной форм обучения, а также программа для

студентов-заочников специальности

«Тепловые электрические станции» 140101

Новосибирск

Цель настоящего издания – закрепление теоретического материала по курсу «Котельные установки и парогенераторы». В его состав входят методические указания по расчету объемов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания; определение теплового баланса и расхода топлива, расхода воздуха и газов на котел; справочные материалы для этих расчётов, а также программа и контрольные задания для студентов – заочников.

Составил канд. техн. Наук доц. В.Н.Баранов.

Рецензент канд. техн. Наук доц. Ю.И.Шаров.

Работа подготовлена на кафедре ТЭС.

Новосибирский государственный

Технический университет, 2007 г.

С О Д Е Р Ж А Н И Е

1. Общие методически указания…………………………………………………....4 2. Требования к оформлению работы…………………………………………….. 4 3. Расчет объёмов и энтальпий воздуха и продуктов сгорания,

определение расхода топлива, газов и воздуха на котёл 6

3.1 Расчётные теплотехнические характеристики топлива…………………….. 6

3.2 Объём воздуха и продуктов сгорания……………………………………… 7

3.3 Энтальпия воздуха и продуктов сгорания………………………………… 9

3.4 Тепловой баланс котла и определение расхода топлива……………………10

3.5 Расходы воздуха и газов ……………………………………………………… 12

4. Задания для контрольных работ….………………………………………… 13

5. Программа курса (6-ой семестр)…………………………………………….. 17

6. Программа курса (7-ой семестр)…………………………………………….. 18

7 Список литературы 19
1.ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Курс «Котельные установки» является базовым для студентов, обучающихся по направлению 650800 «Теплоэнергетика» и изучается в течение 6-го и 7-го семестров. Необходимо разобраться в программе курса и изучить большой комплекс вопросов, связанный с технологическими схемами и технологиями по воде, пару, топливу, а также с конструкцией в целом и отдельными узлами котельной установки, принципы и конкретные приемы расчетов процессов сжигания топлива и закономерности теплоомбена в топке и конвективных поверхностях, аэродинамические закономерности в воздушном и газовом трактах котла, гидродимические процессы и закономерности в пароводяном тракте как барабанных, так и прямоточых котлов, основные требования к их эксплуатации. Для закрепления теоритической части курса в 6-ом семестре студенты выполняют контрольную работу, а в 7-ом семестре курсовой проект.

Студент-заочник, руководствуясь программой курса и методическими материалами, самостоятельно изучает материалы учебников и учебных пособий и выполняет писменную контрольную работу и курсовой проект. В период экзамиционной сессии по наиболее сложным вопросам преподаватели читают лекции. Программа курса для заочников приведена в конце методических указаний.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАБОТЫ

При решении контрольных задач необходимо придерживаться следующих правил:

а) выписывать условия задачи и исходные данные;

б) при решении сначала написать формулу, сделать ссылку на методичку в […] скобках, затем подставить соответствующие значения параметров, после этого провести вычисления;

в) решения сопровождать краткими пояснениями и ссылками на номера

формул, таблицы и другие факторы

д) в конце работы привести список использованной литературы и поставить свою подпись

е) для письменных замечаний на каждой странице оставлять чистые поля и одну-две страницы в конце работы;

ж) на обложке тетради указать номер контрольной работы, название предмета, фамилию, имя отчество, свой шифр и номер специальности.

Работы, выполненные по чужому варианту, не рецензируются.

Перед решением задач должна быть проработана: для дневной формы обучения – соответствующая часть лекционного материала, для заочников учебник (теория) , как минимум разделы 1,2,3,4 программы.

РАСЧЕТ ОБЪЕМОВ И ЭНТАЛЬПИЙ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА, ГАЗОВ, И ВОЗДУХА НА КОТЕЛ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Статистическая характеристика котла при изменении температуры питательной воды

барабанный котел турбина аккумуляторный

В Процессе эксплуатации котла его производительность может изменяться в пределах, определяемых режимом работы потребителей. Могут меняться также температура питательной воды и воздушный режим топки. Каждому режиму работы котла соответствуют определенные значения параметров теплоносителей по водопаровому и газовому трактам, тепловых потерь и КПД. Одной из задач персонала является поддержание оптимального режима котла при данных условиях его работы, который соответствует максимально возможному значению КПД котла нетто. В связи с этим возникает необходимость определения влияния статических характеристик котла - нагрузки, температуры питательной воды, воздушного режима топки и характеристики топлива - на показатели его работы при изменении значений перечисленных параметров. В кратковременные периоды перехода работы котла от одного режима к другому изменение количества теплоты, а также запаздывание в системе его регулирования вызывают нарушение материального и энергетического балансов котла и изменение параметров, характеризующих его работу. Нарушение стационарного режима работы котла в переходные периоды может вызываться внутренними (для котла) возмущениями, а именно уменьшением относительного тепловыделения в топке и изменением ее. воздушного режима и режима подачи воды, и внешними возмущениями - изменением потребления пара и температуры питательной воды. Зависимости параметров от времени, характеризующие работу котла в переходный период, называют его динамическими характеристиками.

Зависимость параметров от температуры питательной воды. Существенно влияет на работу котла температура питательной воды, которая может изменяться в процессе эксплуатации в зависимости от режима работы турбин. Уменьшение температуры питательной воды при заданной нагрузке и неизменных прочих условиях определяет необходимость увеличения тепловыделения в топке, т.е. расхода топлива, и вследствие этого перераспределения передачи теплоты поверхностям нагрева котла. Температура перегрева пара в конвективном пароперегревателе возрастает за счет повышения температуры продуктов сгорания и их скорости, увеличивается температура подогрева воды и воздуха. Повышаются температура уходящих газов и их объем. Соответственно возрастает потеря с уходящими газами.

2 . Пуск барабанного котла

При пуске в результате неравномерного прогрева металла в поверхностях дополнительно возникают термические напряжения: у t = е t ·Е t ·?t

е t - коэффициент линейного расширения.

Е t - модуль упругости стали.

у t растёт с ростом и. Поэтому растопку ведут медленно и осторожно, чтобы скорость и термическое напряжение не превышало допустимых. , .Пусковая схема.

РКНП - регулировочный клапан непрерывной продувки.

В-воздушник.

рец. - линия рециркуляции.

Дренажи.

ПП - продувка пароперегревателя.

ГПЗ - главная паровая задвижка.

СП - соединительный паропровод.

РР - растопочный расширитель.

РРОУ - растопочная редукционно-охладительная установка.

К.С.Н. - коллектор собственных нужд.

К.О.П. - коллектор острого пара.

РПК - регулировочный питательный клапан.

РУ - растопочный узел.

ПМ - питательная магистраль.

Последовательность пуска

1. Внешний осмотр (поверхности нагрева, обмуровка, горелки, предохранительные клапаны, водоуказательные устройства, регулирующие органы, вентилятор и дымосос).

2. Закрывают дренажи. Открывают воздушник и продувку пароперегревателя.

3. Через нижние точки котел заполняют деаэрированной водой с температурой, соответствующей условию: (vу t).

4. Время заполнения 1-1,5 ч. Заполнение заканчивается, когда вода закрывает опускные трубы. При заполнении следят, чтобы < 40єC.

5. Включают дымосос и вентилятор и вентилируют топку и газоходы 10-15 мин.

6. Устанавливают разряжение на выходе из топки кг/м 2 , устанавливают расход.

7. Выделившаяся при сжигании топлива теплота расходуется на нагрев поверхностей нагрева, обмуровки, воды, на парообразование. С увеличением продолжительности растопки ^Q парообр. и vQ нагр.

8. При появлении пара из воздушников, их закрывают. Расхолаживание пароперегревателя производят растопочным паром, выпуская его через ПП. Сопротивление продувочной линии ~ > ^P б.

9. При Р = 0,3 МПа продувают нижние точки экранов и воздухоуказательные. При Р = 0,5 МПа, закрывают ПП, открывают ГПЗ-1 и прогревают СП, выпуская пар через растопочный расширитель.

10. Периодически подпитывают барабан водой и контролируют уровень воды.

11. Увеличивают расход топлива. єС/мин.

12. При Р = 1,1 МПа включают непрерывную продувку и используют линию рециркуляции (для защиты ЭКО от пережога).

13. При Р = 1,4 МПа закрывают растопочный расширитель и открывают растопочные редукционно-охладительные установки. Увеличивают расход топлива.

14. При Р = Р ном - 0,1 МПа и t п = t ном - 5єС проверяют качество пара, увеличивают нагрузку до 40%, открывают ГПЗ-2 и включают котел в коллектор острого пара.

15. Включают подачу основного топлива и увеличивают нагрузку до номинальной.

16. Переходят на питание котла через регулирующий питательный клапан и полностью загружают пароохладитель.

17. Включают автоматику.

3. Особенности пуска теплофикационных турбин

Пуск турбины с отбором пара производится в основном таким же образом, как и пуск чисто конденсационной турбины. Регулирующие клапаны части низкого давления (регулирование отбора) должны быть полностью открыты, регулятор давления выключен и задвижка на линии отбора закрыта. Очевидно, что при этих условиях любая турбина с отбором пара работает как чисто конденсационная и может быть пущена в ход описанным выше порядком. Однако следует обратить особое внимание на те дренажные линии, которых нет у конденсационной турбины, в частности, на дренаж линии отбора и предохранительного клапана. В течение всего времени, пока в камере отбора давление ниже атмосферного, эти дренажные линии должны быть открыты на конденсатор. После того как турбина с отбором пара развернута до полного числа оборотов, генератор синхронизирован, включен на сеть и принята некоторая нагрузка, можно включить в работу регулятор давления и медленно открывать запорную задвижку на линии отбора. С этого момента регулятор давления вступает в действие и должен поддерживать желаемое давление отбора. У турбин со связанным регулированием скорости и отбора переход от чисто конденсационного режима к работе с отбором пара обычно сопровождается только небольшим колебанием нагрузки. Однако при включении регулятора давления нужно тщательно следить за тем, чтобы перепускные клапаны не закрылись сразу полностью, так как это создаст в камере отбора резкое повышение (толчок) давления, которое может вызвать аварию турбины. У турбин с несвязанным регулированием каждый из регуляторов получает импульс под влиянием действия другого регулятора. Поэтому колебания нагрузки в момент перехода на работу с отбором пара могут быть более значительными. Пуск турбины с противодавлением обычно производится на выхлоп в атмосферу, для чего выхлопной клапан предварительно открывают от руки при закрытом клапане. В остальном руководствуются изложенными выше правилами пуска конденсационных турбин. Переключение с работы на выхлоп на работу с противодавлением (на производственную магистраль) обычно производится по достижении турбиной нормального числа оборотов. Для переключения сначала постепенно прикрывают выхлопной клапан, чтобы создать за турбиной противодавление, несколько превышающее противодавление в производственной магистрали, на которую будет работать турбина, а затем медленно открывают клапан этой магистрали. Клапан должен быть полностью закрыт к тому моменту, когда клапан производственной магистрали будет открыт полностью. Регулятор давления включают после того, как турбина примет небольшую тепловую нагрузку, а генератор будет присоединен к сети; включение обычно удобнее производить в момент, когда противодавление несколько ниже нормального. С момента, когда в выхлопном патрубке установится желаемое противодавление, скоростной регулятор выключается, и турбина начинает работать по тепловому графику под управлением регулятора давления.

4. А ккумулирующая способность котла

В работающем котлоагрегате тепло аккумулируется в поверхностях нагрева, в воде и паре, находящемся в объеме поверхности нагрева котла. При одинаковых производительности и параметрах пара больше тепла аккумулируется в барабанных котлоагрегатах, что объясняется прежде всего большим водяным объемом. Для барабанных котлоагрегатов 60-65% тепла аккумулируется в воде, 25-30% - в металле, 10-15% - в паре. Для прямоточных котлоагрегатов до 65% тепла аккумулируется в металле, остальные 35% - в паре и воде.

При снижении давления пара часть аккумулированного тепла высвобождается в связи с уменьшением температуры насыщения среды. При этом практически мгновенно получается дополнительное количество пара. Количество дополнительно получаемого пара при снижении давления на 1 МПа называется аккумулирующей способностью котлоагрегата :

где Q ак - высвобождаемое в котлоагрегате тепло; q - расход тепла на получение 1 кг пара.

Для барабанных котлоагрегатов с давлением пара свыше 3 МПа аккумулирующая способность может быть найдена из выражения

где r - скрытая теплота парообразования; G м - масса металла испарительных поверхностей нагрева; С м, С в - теплоемкость металла и воды; Dt н - изменение температуры насыщения при изменении давления на 1 МПа; V в, V п - водяной и паровой объемы котлоагрегата; - изменение плотности пара при снижении давления на 1 МПа; - плотность воды. Водяной объем котлоагрегата включает водяной объем барабана и циркуляционных контуров, в паровой объем входят объем барабана, объем пароперегревателя, а также объем пара в испарительных трубках.

Практическое значение имеет и допустимая величина скорости снижения давления, определяющая степень повышения паропроизводительности котлоагрегата.

Прямоточный котел допускает очень высокие скорости снижения давления. При скорости 4,5 МПа/мин может быть достигнуто увеличение паропроизводительности на 30-35%, но в течение 15-25 с. Барабанный котел допускает меньшую скорость снижения давления, что связано с набуханием уровня в барабане и опасностью парообразования в опускных трубах. При скорости снижения давления 0,5 МПа/мин барабанные котлы могут работать с увеличением паропроизводительности на 10-12% в течение 2-3 мин.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Классификации паровых котлов. Основные компоновки котлов и типы топок. Размещение котла с системами в главном корпусе. Размещение поверхностей нагрева в котле барабанного типа. Тепловой, аэродинамический расчет котла. Избытки воздуха по тракту котла.

презентация , добавлен 08.02.2014


Паропроизводительность котла барабанного типа с естественной циркуляцией. Температура и давление перегретого пара. Башенная и полубашенная компоновки котла. Сжигание топлива во взвешенном состоянии. Выбор температуры воздуха и тепловой схемы котла.

курсовая работа , добавлен 16.04.2012


Назначение и основные типы котлов. Устройство и принцип действия простейшего парового вспомогательного водотрубного котла. Подготовка и пуск котла, его обслуживание во время работы. Вывод парового котла из работы. Основные неисправности паровых котлов.

реферат , добавлен 03.07.2015


Подготовка парового котла к растопке, осмотр основного и вспомогательного оборудования. Пусковые операции и включение форсунок. Обслуживание работающего котла, контроль за давлением и температурой острого и промежуточного пара, питательной воды.

реферат , добавлен 16.10.2011


Получение энергии в виде ее электрической и тепловой форм. Обзор существующих электродных котлов. Исследование тепломеханической энергии в проточной части котла. Расчет коэффициента эффективности электродного котла. Компьютерное моделирование процесса.

дипломная работа , добавлен 20.03.2017


Характеристики судовых паровых котлов. Определение объема и энтальпия дымовых газов. Расчет топки котла, теплового баланса, конвективной поверхности нагрева и теплообмена в экономайзере. Эксплуатация судового вспомогательного парового котла КВВА 6.5/7.

курсовая работа , добавлен 31.03.2012


Способы регулирования температуры воды в электрических водонагревателях. Методы интенсификации тепломассообмена. Расчет проточной части котла, максимальной мощности теплоотдачи конвектора. Разработка экономичного режима работы электродного котла в Matlab.

магистерская работа , добавлен 20.03.2017


Типы топок паровых котлов, расчетные характеристики механических топок с цепной решеткой. Расчет необходимого объема воздуха и объема продуктов сгорания топлива, составление теплового баланса котла. Определение температуры газов в зоне горения топлива.

методичка , добавлен 16.11.2011


Генерация насыщенного или перегретого пара. Принцип работы парового котла ТЭЦ. Определение КПД отопительного котла. Применение газотрубных котлов. Секционированный чугунный отопительный котел. Подвод топлива и воздуха. Цилиндрический паровой барабан.

реферат , добавлен 01.12.2010


Водоснабжение котельной, принцип работы. Режимная карта парового котла ДКВр-10, процесс сжигания топлива. Характеристика двухбарабанных водотрубных реконструированных котлов. Приборы, входящие в состав системы автоматизации. Описание существующих защит.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Ивановский государственный энергетический

университет имени В.И. Ленина»

Кафедра тепловых электрических станций

Контрольная работа

По курсу «Режимы работы и эксплуатации

Котельных установок тэс»

Вариант №6

Выполнил:

Студент группы 5-75

Загулин А.С.

Иваново 2017.

1. Характеристика и функции энергообъектов .Характеристика энергообъектов:

Необходимость производства тепловой и электрической энергии для нужд промышленных предприятий и быта человека общеизвестна. Собственно электроэнергия может быть выработана генераторами, солнечными батареями, магнитогидродинамическими генераторами (МГД - генераторами). Однако для промышленной выработки электрической энергии используют синхронные генераторы трехфазного переменного тока, первичными двигателями для которых могут быть паровые, газовые или гидравлические турбины.

Промышленная выработка тепловой и электрической энергии и доставка ее до непосредственного потребителя осуществляются энергообъектами.

К энергообъектам относятся : электрические станции, котельные, тепловые и электрические сети.

Комплекс энергообъектов, связанных общностью режима работы и имеющих централизованное оперативно диспетчерское управление, составляет энергетическую систему, которая, в свою очередь, является основным технологическим звеном энергопроизводства.

Ниже представлена краткая характеристика энергообъектов.

Электрические станции В общем случае электростанциями называют предприятия или установки, предназначенные для производства электроэнергии. По особенностям основного технологического процесса преобразования энергии и виду используемого энергетического ресурса электростанции подразделяют на тепловые электростанции (ТЭС); гидроэлектростанции (ГЭС); атомные электростанции (АЭС); гелиоэлектростанции, или солнечные, электростанции (СЭС); геотермальные электростанции (ГТЭС); приливные электростанции (ПЭС).

Большую часть электроэнергии (как в России, так и в мире) вырабатывают тепловые (ТЭС), атомные (АЭС) и гидравлические электростанции (ГЭС). Состав и расположение электростанций по регионам страны зависят от наличия и размещения по территории страны гидроэнергетических и теплоэнергетических ресурсов, их технико-экономических характеристик, затрат на транспорт топлива, а также от технико-экономических показателей работы электростанций.

Тепловые электрические станции (ТЭС) подразделяются на конденсационные (КЭС); теплофикационные (теплоэлектроцентрали - ТЭЦ); газотурбинные (ГТЭС); парогазовые электрические станции (ПГЭС).

Конденсационные электрические станции (КЭС) строят по возможности ближе к местам добычи топлива или к местам, удобным для его транспортировки, на крупных реках или водоемах. Основными особенностями КЭС являются:

Использование мощных экономичных конденсационных турбин;

Блочный принцип построения современных КЭС;

Выработка для потребителя одного вида энергии - электрической (тепловая энергия вырабатывается только для собственных нужд станции);

Обеспечение базовой и полупиковой части графика потребления электроэнергии;

Оказание существенного влияния на экологическое состояние окружающей среды.

Теплофикационные электрические станции (ТЭЦ) предназначены для централизованного снабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплом. На них устанавливаются теплофикационные турбины типа «Т»; «ПТ»; «Р»; «ПР» и т.п.

Газотурбинные электростанции (ГТЭС ) в качестве самостоятельных энергетических установок имеют ограниченное распространение. Основу ГТЭС составляет газотурбинная установка (ГТУ), в состав которой входят компрессоры, камеры сгорания и газовые турбины. ГТУ потребляет, как правило, высококачественное топливо (жидкое или газообразное), подаваемое в камеру сгорания. Туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Горячие продукты сгорания отдают свою энергию газовой турбине, которая вращает компрессор и синхронный генератор. К основным недостаткам ГТУ следует отнести:

Повышенные шумовые характеристики, требующие дополнительной звукоизоляции машинного отделения и воздухозаборных устройств;

Потребление значительной доли (до 50-60 %) внутренней мощности газовой турбины воздушным компрессором;

Малый диапазон изменения электрической нагрузки вследствие специфического соотношения мощности компрессора и газовой турбины;

Низкий общий КПД (25-30 %).

К основным достоинствам ГТЭС следует отнести быстрый запуск энергетической установки (1-2 мин), высокую маневренность и пригодность для покрытия пиков нагрузки в энергосистемах.

Парогазовые электрические станции (ПГЭС) для современной энергетики являются наиболее эффективным средством значительного повышения тепловой и общей экономичности электростанций, использующих органическое топливо . Основу ПГЭС составляет парогазовая силовая установка (ПГУ), в состав которой входят паровая и газовая турбины, объединенные общим технологическим циклом. Соединение этих установок в единое целое позволяет:

Снизить потерю теплоты с уходящими газами ГТУ или парового котла;

Использовать газы за газовыми турбинами в качестве подогретого окислителя при сжигании топлива;

Получить дополнительную мощность за счет частичного вытеснения регенерации паротурбинных установок и, в конечном итоге, повысить КПД парогазовой электростанции до 46-55 %.

Гидравлические электрические станции (ГЭС) предназначены для выработки электроэнергии за счет использования энергии водных потоков (рек, водопадов и т.п.). Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, которые приводят во вращение синхронные генераторы. Отличительная особенность ГЭС – небольшое потребление электроэнергии на собственные нужды, которое в несколько раз меньше, чем на ТЭС. Это объясняется отсутствием на ГЭС крупных механизмов в системе собственных нужд. Кроме этого, технология производства электроэнергии на ГЭС довольно проста, легко поддается автоматизации, а пуск гидроагрегата занимает не более 50 секунд, поэтому резерв мощности энергосистем целесообразно обеспечивать именно этими агрегатами. Однако строительство ГЭС сопряжено с большими капиталовложениями, большими сроками строительства, спецификой размещения гидроресурсов страны, со сложностью решения экологических задач.

Атомные электростанции (АЭС) – это по существу тепловые электростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций. Они могут быть сооружены практически в любом географическом районе, но при наличии источника водоснабжения. Количество потребляемого топлива (уранового концентрата) незначительно, что облегчает требования к его транспортировке. Одним из основных элементов АЭС является реактор. В настоящее время на АЭС используются реакторы двух типов – ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) и РБМК (реактор большой мощности канальный).

Солнечные, геотермальные, приливные, ветряные электростанции относятся к нетрадиционным типам электростанций, информация о которых, может быть получена из дополнительных литературных источников.

Котельные установки

Котельные установки включают комплекс устройств, предназначенных для выработки тепловой энергии в виде горячей воды или пара. Главной частью этого комплекса является паровой или водогрейный котел. В зависимости от назначения котельные подразделяются на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.

Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс ТЭС в виде котельного цеха или котельного отделения в составе котлотурбинного цеха ТЭС.

Отопительно-производственные котельные сооружаются на промышленных предприятиях и обеспечивают тепловой энергией системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения промышленных зданий и технологические процессы производства.

Отопительные котельные обеспечивают тепловой энергией системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. В отопительных котельных могут использоваться водогрейные и промышленные паровые котлы различных типов и конструкций. Основными показателями водогрейного котла являются тепловая мощность, т.е. теплопроизводительность, и температура воды, а для парового котла – паропроизводительность, давление и температура свежего пара.

Тепловые сети

Представляют собой теплопроводы, предназначенные для транспортирования тепловой энергии в виде пара или горячей воды от источника теплоты (ТЭС или котельной) к тепловым потребителям.

В состав теплопроводов входят: соединенные между собой стальные трубы; тепловая изоляция; компенсаторы тепловых удлинений; запорная и регулирующая арматура; строительные конструкции; опоры; камеры; дренажные и воздухоспускные устройства.

Тепловая сеть является одним из наиболее дорогостоящих элементов системы централизованного теплоснабжения.

Электрические сети

Электрическими сетями называют устройство, соединяющее источники питания с потребителями электроэнергии. Основным назначением электрических сетей является электроснабжение потребителей, кроме этого, электрические сети обеспечивают передачу энергии на большие расстояния и позволяют объединить электрические станции в мощные энергетические системы. Целесообразность создания мощных энергетических объединений обусловлена их большими технико-экономическими преимуществами. Электрические сети классифицируют по различным признакам:

Для передачи постоянного или трехфазного переменного тока;

Электрические сети низких, средних, высоких и сверх высоких напряжений;

Внутренние и наружные электрические сети;

Основные, сельские, городские, промышленные; распределительные, питающие и т.п.

Более подробные сведения об электрических сетях рассматриваются в специальной технической литературе.

Функции энергообъектов

С точки зрения технологии производства электрической и тепловой энергии основными функциями энергообъектов являются производство, преобразование, распределение тепловой и электрической энергии и отпуск ее потребителям.

На рис. изображена принципиальная схема комплекса энергообъектов, обеспечивающих промышленную выработку тепловой и электрической энергии, а также доставку ее потребителю.

Основу комплекса составляет ТЭЦ, на которой осуществляется производство, преобразование и распределение электрической, а также производство и отпуск тепловой энергии.

Производство электрической энергии осуществляется непосредственно в генераторе (3). Для вращения ротора генератора используется паровая турбина (2), на которую подается острый (перегретый) пар, полученный в паровом котле (1). Выработанная в генераторе электроэнергия преобразуется в трансформаторе (4) на более высокое напряжение, для уменьшения потерь при передаче электроэнергии потребителю. Часть выработанной в генераторе электроэнергии используется на собственные нужды ТЭЦ. Другая, большая её часть, передается на распределительное устройство (5). С распределительного устройства ТЭЦ электроэнергия поступает в электрические сети энергетических систем, из которых осуществляется отпуск электроэнергии потребителям.

ТЭЦ осуществляет также производство тепловой энергии и отпуск её потребителю, в виде пара и горячей воды. Тепловая энергия (Qп) в виде пара отпускается с регулируемых производственных отборов турбины (в некоторых случаях непосредственно с паровых котлов через соответствующие РОУ) и в результате его использования у потребителя – конденсируется. Конденсат полностью или частично возвращается от потребителя пара на ТЭЦ и далее используется в пароводяном тракте, обеспечивая снижение пароводяных потерь электростанции.

Нагрев сетевой воды осуществляется в сетевых подогревателях (6) электростанции, после которых нагретая сетевая вода подаётся в циркуляционный контур системы горячего водоснабжения потребителей или в так называемые тепловые сети. Циркуляция горячей («прямой») и холодной («обратной») теплосетевой воды осуществляется за счет работы так называемых сетевых насосов (СН).

Принципиальная схема комплекса энергообъектов

1 – паровой котел; 2 – паровая турбина; 3 – синхронный генератор; 4 – трансформатор; 5 – распределительное устройство; 6 – сетевой подогреватель. КН, СН, ЦН, ПН – соответственно конденсатный, сетевой, циркуляционный и перекачивающий насосы; НПТС – насос подпитки теплосети; ДС – дымосос; С.Н. – собственные нужды ТЭЦ; Тр.С.Н. – трансформатор собственных нужд ТЭЦ.

– – – границы зон обслуживания оборудования энергообъектов.

7. Приведите принципиальную технологическую схему котельной установки. Перечислите технологические системы в пределах обвязки котла и дайте им (системам) краткую характеристику.

Котельная установка ТЭС предназначена для выработки перегретого пара, заданных параметров и соответствующего химического качества, который используется для привода ротора турбоагрегата в целях выработки тепловой и электрической энергии.

На неблочных ТЭС используются в основном котельные установки, включающие барабанные котлы с естественной циркуляцией, без промежуточного перегрева пара, эксплуатируемые при средних, высоких и сверхвысоких давлениях (соответственно 3,5; 10,0 и 14,0 МПа), и реже используются котельные установки с прямоточными котлами.

Принципиальная технологическая схема котельной установки неблочной ТЭС представлена на рис

Рис. . Принципиальная технологическая схема котельной установки неблочной ТЭС

Б – барабан котла; ВЦ– выносной циклон; РНП– расширитель непрерывной продувки; ОП – охладитель пара; МНС – мазутонасосная станция; РТМ – регулятор температуры мазута; РДМ, РДГ – регулятор давления мазута, газа; РПТТ – регулятор подачи количества твердого топлива; ГРП – газорегуляторный пункт; ГВ – горячий воздух; СПВ – слабо подогретый воздух; РПП – расширитель периодической продувки; Т – топка котла; ПК – поворотная камера котла; КШ – конвективная шахта; ПСК – паросборная камера; ИПК, ОПК – соответственно импульсный и основной предохранительные клапана; ДВ – дутьевой вентилятор; ДС – дымосос; ДРГ – дымосос рециркуляции дымовых газов; ЗУ – золоулавливающее устройство; КГПВ – коллектор горячей питательной воды; КХПВ – коллектор холодной питательной воды; К.О.П. – коллектор острого пара; К.С.Н. – паровой коллектор собственных нужд; КУ – конденсационная установка; КК – калориферы котла; ОП – охладители пара впрыскивающего типа; ПЭН – питательный насос; РР – растопочный расширитель; РБ – растопочный барботер; РРОУ растопочное редукционно-охладительное устройство; СУП – сниженный узел питания котла;– сливной канал гидрозолошлакоудаления.

Технологические системы в пределах обвязки котла (рис.) , а именно :

- систему заполнения и питания барабана котла , включающую питательные трубопроводы, идущие от общестанционных коллекторов холодной и горячей питательной воды до барабана котла. Система обеспечивает поддержание требуемого уровня воды в барабане эксплуатируемого котла, а также защиту экономайзера от пережога в режимах пуска и останова котлоагрегата, что является одним из основных условий нормальной эксплуатации котельной установки;

- систему мазутопроводов в пределах обвязки котла обеспечивающую подачу топочного мазута, подготовленного на мазутонасосной, непосредственно к форсункам горелочных устройств. В общем случае система должна обеспечивать:

1) поддержание требуемых параметров мазута перед форсунками, обеспечивающими качественный его распыл при всех режимах эксплуатации котла;

2) возможность плавного регулирования расхода мазута, подаваемого к форсункам;

3) возможность изменения нагрузки котла в регулировочном диапазоне нагрузок без отключения форсунок;

4) исключение застывания мазута в мазутопроводах котла при выведенных из работы форсунках;

5) возможность вывода мазутопроводов в ремонт и полное удаление при этом остатков мазута из отключаемых участков мазутопровода;

6) возможность пропарки (продувки) отключенных (включаемых) мазутных форсунок;

7) возможность быстрой установки (снятия) форсунки в горелочное устройство;

8) быстрое и надежное отключение подачи мазута в топку в режимах аварийного останова котла.

Структура схемы мазутопроводов котла зависит в основном от типа применяемых мазутных форсунок;

- систему газопроводов в пределах обвязки котла обеспечивающую :

1) избирательную подачу газа к горелкам котла;

2) регулирование производительности горелок изменением давления газа перед ними;

3) надежное отключение схемы при обнаружении неисправностей в ней или при срабатывании защит, действующих на отключение котла;

4) возможность продувки газопроводов котла воздухом при выводе их в ремонт;

5) возможность продувки газопроводов котла газом при заполнении схемы;

6) возможность безопасного проведения ремонтных работ на газопроводах и газовоздушном тракте котла;

7) возможность безопасного розжига горелок;

- индивидуальную систему пылеприготовления. В современных энергетических паровых котлах твердое топливо сжигают в пылевидном состоянии. Подготовка топлива к сжиганию осуществляется в системе пылеприготовления, в которой производится его сушка, размол и дозирование специальными питателями. Для сушки топлива используют сушильные агенты. В качестве сушильных агентов используются воздух (горячий, слабоподогретый, холодный) и топочные газы (горячие, холодные) или то и другое вместе. После отдачи теплоты топливу сушильный агент называют отработанным сушильным агентом. Выбор системы пылеприготовления определяется видом топлива и его физико-химическими свойствами. Различают центральные и индивидуальные системы пылеприготовления. В настоящее время наибольшее распространение получили индивидуальные системы пылеприготовления, выполненные по схеме с пылевым бункером, или по схеме прямого вдувания, когда готовая пыль отработанным сушильным агентом транспортируется к горелкам топочного устройства;

- систему газовоздушного тракта котла предназначенную для организации транспорта воздуха, необходимого для сжигания топлива, продуктов сгорания, образующихся в результате горения топлива, а также улавливания золы и шлака и рассеивания на значительное расстояние остающихся после улавливания вредных выбросов (золы, оксидов азота и серы, нагретых газов и др.). Газовоздушный тракт начинается от воздухозаборных окон ВЗО и заканчивается выходной насадкой дымовой трубы. При детальном рассмотрении в нём можно выделить воздушный и газовый тракты;

- систему паропроводов острого пара в пределах котельного цеха (отделения), включающую элементы защиты трубопроводов обвязки котла от недопустимого повышения давления, элементы защиты пароперегревателя от пережога, соединительный паропровод и растопочный узел;

- систему регулирования температуры пара предназначенную для поддержания температуры перегретого (первичного и вторичного) пара в заданном диапазоне. Необходимость регулирования температуры перегретого пара вызвана тем, что она при эксплуатации барабанных котлов находится в сложной зависимости от режимных факторов и конструктивных характеристик котла. В соответствии с требованиями ГОСТ 3619-82 для котлов среднего давления (Р пе = 4 МПа) колебания перегретого пара от номинального значения не должны превышать +10?С, –15?С, а для котлов, работающих при давлении более 9 МПа, + 5?С, –10?С. Различают три способа регулирования температуры перегретого пара: паровой, при котором воздействуют на паровую среду преимущественно путем охлаждения пара в пароохладителях; газовый способ, при котором изменяют тепловосприятие пароперегревателя со стороны газов; комбинированный, при котором используются несколько способов регулирования;

- системы очистки поверхностей нагрева котла от наружных отложений включают: паровую и воздушную обдувки, водяную обмывку, обмывку перегретой водой, дробевую очистку и виброочистку. В настоящее время начинают применяться новые виды очистки поверхностей нагрева: импульсная и термическая;

Паровые котлы и паровые турбины являются основными агрегатами тепловой электростанции (ТЭС).

Паровой котел — это устройство, имеющее систему поверхностей нагрева для получения пара из непрерывно поступающей в него питательной воды путем использования теплоты, выделяющейся при сгорании органического топлива (рис. 1).

В современных паровых котлах организуется факельное сжигание топлива в камерной топке , представляющей собой призматическую вертикальную шахту. Факельный способ сжигания характеризуется непрерывным движением топлива вместе с воздухом и продуктами сгорания в топочной камере.

Топливо и необходимый для его сжигания воздух вводятся в топку котла через специальные устройства — горелки . Топка в верхней части соединяется с призматической вертикальной шахтой (иногда с двумя), называемой по основному виду проходящего теплообмена конвективной шахтой .

В топке, горизонтальном газоходе и конвективной шахте находятся поверхности нагрева, выполняемые в виде системы труб, в которых движется рабочая среда. В зависимости от преимущественного способа передачи тепла к поверхностям нагрева их можно подразделить на следующие виды: радиационные, радиационно-конвективные, конвективные .

В топочной камере по всему периметру и по всей высоте стен обычно расположены трубные плоские системы — топочные экраны , являющиеся радиационными поверхностями нагрева.

Рис. 1. Схема 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 современных конструкциях котлов топочные экраны изготавливают либо из обычных труб (рис. 2, а ), либо из плавниковых труб , сваренных между собой по плавникам и образующих сплошную газоплотную оболочку (рис. 2,б ).

Аппарат, в котором вода нагревается до температуры насыщения, называется экономайзером ; образование пара происходит в парообразующей (испарительной) поверхности нагрева, а его перегрев — в пароперегревателе .

Рис. 2. Схема выполнения топочных экранов
а — из обычных труб; б — из плавниковых труб

Система трубных элементов котла, в которых движутся питательная вода, пароводяная смесь и перегретый пар, образует, как уже указывалось, его водопаровой тракт .

Для непрерывного отвода теплоты и обеспечения приемлемого температурного режима металла поверхностей нагрева организуется непрерывное движение в них рабочей среды. При этом вода в экономайзере и пар в пароперегревателе проходят через них однократно. Движение же рабочей среды через парообразующие (испарительные) поверхности нагрева может быть как однократным, так и многократным.

В первом случае котел называется прямоточным , а во втором — котлом с многократной циркуляцией (рис. 3).

Рис. 3. Схема водопаровых трактов котлов
а — прямоточная схема; б — схема с естественной циркуляцией; в — схема с многократно-принудительной циркуляцией; 1 — питательный насос; 2 — экономайзер; 3 — коллектор; 4 — парообразующие трубы; 5 — пароперегреватель; 6 — барабан; 7 — опускные трубы; 8 — насос многократно-принудительной циркуляции.

Водопаровой тракт прямоточного котла представляет собой разомкнутую гидравлическую систему, во всех элементах которой рабочая среда движется под напором, создаваемым питательным насосом . В прямоточных котлах нет четкого разделения экономайзерной, парообразующей и пароперегревательных зон. Прямоточные котлы работают на докритическом и сверхкритическом давлении.

В котлах с многократной циркуляцией существует замкнутый контур, образованный системой обогреваемых и необогреваемых труб, объединенных вверху барабаном , а внизу — коллектором . Барабан представляет собой цилиндрический горизонтальный сосуд, имеющий водяной и паровой объемы, которые разделяются поверхностью, называемой зеркалом испарения . Коллектор — это заглушенная с торцов труба большого диаметра, в которую по длине ввариваются трубы меньшего диаметра.

В котлах с естественной циркуляцией (рис. 3,б) питательная вода, подаваемая насосом, подогревается в экономайзере и поступает в барабан. Из барабана по опускным необогреваемым трубам вода поступает в нижний коллектор, откуда распределяется в обогреваемые трубы, в которых закипает. Необогреваемые трубы заполнены водой, имеющей плотность r? , а обогреваемые трубы заполнены пароводяной смесью, имеющей плотность r см , средняя плотность которой меньше r? . Нижняя точка контура — коллектор — с одной стороны подвергается давлению столба воды, заполняющей необогреваемые трубы, равному Hr?g , а с другой — давлению Hr см g столба пароводяной смеси. Возникающая разность давлений H(r? — r см)g вызывает движение в контуре и называется движущим напором естественной циркуляции S дв (Па):

S дв = H(r? — r см)g ,

где H — высота контура; g — ускорение свободного падения.

В отличие от однократного движения воды в экономайзере и пара в пароперегревателе движение рабочего тела в циркуляционном контуре является многократным, так как при проходе через парообразующие трубы вода испаряется не полностью и паросодержание смеси на выходе из них составляет 3-20%.

Отношение массового расхода циркулирующей в контуре воды к количеству образовавшегося пара в единицу времени называется кратностью циркуляции

R = m в /m п.

В котлах с естественной циркуляцией R = 5-33, а в котлах с принудительной циркуляцией — R = 3-10.

В барабане образовавшийся пар отделяется от капель воды и поступает в пароперегреватель и далее в турбину.

В котлах с многократной принудительной циркуляцией (рис. 3,в ) для улучшения циркуляции устанавливается дополнительно циркуляционный насос . Это позволяет лучше компоновать поверхности нагрева котла, допуская движение пароводяной смеси не только по вертикальным парогенерирующим трубам, но также по наклонным и горизонтальным.

Поскольку наличие в парообразующих поверхностях двух фаз — воды и пара — возможно лишь при докритическом давлении, барабанные котлы работают при давлениях меньше критических.

Температура в топке в зоне горения факела достигает 1400-1600°С. Поэтому стены топочной камеры выкладывают из огнеупорного материала, а их наружная поверхность покрывается тепловой изоляцией. Частично охладившиеся в топке продукты сгорания с температурой 900-1200°С поступают в горизонтальный газоход котла, где омывают пароперегреватель, а затем направляются в конвективную шахту, в которой размещаются промежуточный пароперегреватель , водяной экономайзер и последняя по ходу газов поверхность нагрева — воздухоподогреватель , в котором воздух подогревается перед его подачей в топку котла. Продукты сгорания за этой поверхностью называются уходящими газами : они имеют температуру 110-160°С. Поскольку дальнейшая утилизация тепла при такой низкой температуре нерентабельна, уходящие газы с помощью дымососа удаляются в дымовую трубу.

Большинство топок котлов работает под небольшим разрежением 20-30 Па (2 — 3 мм вод.cт.) в верхней части топочной камеры. По ходу продуктов сгорания разрежение в газовом тракте увеличивается и составляет перед дымососами 2000-3000 Па, что вызывает поступление атмосферного воздуха через неплотности в стенах котла. Они разбавляют и охлаждают продукты сгорания, понижают эффективность использования тепла; кроме того, при этом увеличивается нагрузка дымососов и растет расход электроэнергии на их привод.

В последнее время создаются котлы, работающие под наддувом, когда топочная камера и газоходы работают под избыточным давлением, создаваемым вентиляторами, а дымососы не устанавливаются. Для работы котла под наддувом он должен выполняться газоплотным .

Поверхности нагрева котлов выполняются из сталей различных марок в зависимости от параметров (давления, температуры и др.) и характера движущейся в них среды, а также от уровня температур и агрессивности продуктов сгорания, с которыми они и находятся в контакте.

Важное значение для надежной работы котла имеет качество питательной воды. В котел непрерывно поступает с ней некоторое количество взвешенных твёрдых частиц и растворенных солей, а также окислов железа и меди, образующихся в результате коррозии оборудования электростанций. Очень небольшая часть солей уносится вырабатываемым паром. В котлах с многократной циркуляцией основное количество солей и почти все твердые частицы задерживаются, из-за чего их содержание в котловой воде постепенно увеличивается. При кипении воды в котле соли выпадают из раствора и на внутренней поверхности обогреваемых труб появляется накипь, которая плохо проводит тепло. В результате покрытые изнутри слоем накипи трубы недостаточно охлаждаются движущейся в них средой, нагреваются из-за этого продуктами сгорания до высокой температуры, теряют свою прочность и могут разрушиться под действием внутреннего давления. Поэтому часть воды с повышенной концентрацией солей необходимо удалять из котла. На восполнение удаленного количества воды подается питательная вода с меньшей концентрацией примесей. Такой процесс замены воды в замкнутом контуре называется непрерывной продувкой . Чаще всего непрерывная продувка производится из барабана котла.

В прямоточных котлах из-за отсутствия барабана нет непрерывной продувки. Поэтому к качеству питательной воды этих котлов предъявляются особенно высокие требования. Они обеспечиваются путем очистки турбинного конденсата после конденсатора в специальных конденсатоочистительных установках и соответствующей обработкой добавочной воды на водоподготовительных установках.

Вырабатываемый современным котлом пар является, вероятно, одним из наиболее чистых продуктов, производимых промышленностью в больших количествах.

Так, например, для прямоточного котла, работающего на сверхкритическом давлении, содержание загрязнений не должно превышат 30-40 мкг/кг пара.

Современные электростанции работают с достаточно высоким КПД. Теплота, затраченная на подогрев питательной воды, ее испарение и получение перегретого пара, — это полезно использованная теплота Q 1 .

Основная потеря тепла в котле происходит с уходящими газами Q 2 . Кроме того, могут быть потери Q 3 от химической неполноты сгорания, обусловленные наличием в уходящих газах CO, H 2 , CH 4 ; потери с механическим недожогом твердого топлива Q 4 , связанные с наличием в золе частичек несгоревшего углерода; потери в окружающую среду через ограждающие котел и газоходы конструкции Q 5 ; и, наконец, потери с физической теплотой шлака Q 6 .

Обозначая q 1 = Q 1 / Q , q 2 = Q 2 / Q и т.д., получаем КПД котла:

i k = Q 1 / Q= q 1 =1-(q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 ),

где Q — количество тепла, выделяющегося при полном сгорании топлива.

Потеря тепла с уходящими газами составляет 5-8% и уменьшается с уменьшением избытка воздуха. Меньшие потери соответствуют практически горению без избытка воздуха, когда воздуха в топку подается лишь на 2-3% больше, чем теоретически необходимо для горения.

Отношение действительного объёма воздуха V Д , подаваемого в топку, к теоретически необходимому V Т для сгорания топлива называется коэффициентом избытка воздуха:

a = V Д /V Т >= 1 .

Уменьшение a может привести к неполному сгоранию топлива, т.е. к возрастанию потерь с химическим и механическим недожогом. Поэтому принимая q 5 и q 6 постоянными, устанавливают такой избыток воздуха a, при котором сумма потерь

q 2 + q 3 + q 4 -> min .

Оптимальные избытки воздуха поддерживаются с помощью электронных автоматических регуляторов процесса горения, изменяющих подачу топлива и воздуха при изменениях нагрузки котла, обеспечивая при этом наиболее экономичный режим его работы. КПД современных котлов составляет 90-94%.

Все элементы котла: поверхности нагрева, коллекторы, барабаны, трубопроводы, обмуровка, помосты и лестницы обслуживания — монтируются на каркасе, представляющем собой рамную конструкцию. Каркас опирается на фундамент или подвешивается к балкам, т.е. опирается на несущие конструкции здания. Масса котла вместе с каркасом довольно значительна. Так, например, суммарная нагрузка, передаваемая на фундаменты через колонны каркаса котла паропроизводительностью D =950 т/ч, составляет 6000 т. Стены котла покрываются изнутри огнеупорными материалами, а снаружи — тепловой изоляцией.

Применение газоплотных экранов приводит к экономии металла на изготовление поверхностей нагрева; кроме того, в этом случае вместо огнеупорной кирпичной обмуровки стены покрываются лишь мягкой тепловой изоляцией, что позволяет на 30-50% уменьшить массу котла.

Энергетические стационарные котлы, выпускаемые промышленностью России, маркируются следующим образом: Е — паровой котел с естественной циркуляцией без промежуточного перегрева пара; Еп — паровой котел с естественной циркуляцией с промежуточным перегревом пара; Пп- прямоточный паровой котел с промежуточным перегревом пара. За буквенным обозначением следуют цифры: первая — паропроизводительность (т/ч), вторая — давление пара (кгс/см 2). Например, ПК — 1600 — 255 означает: паровой котел с камерной топкой с сухим шлакоудалением, паропроизводительностью 1600 т/ч, давление пара 255 кгс/см 2 .