Котельные установки

Воздухоподогреватели. В современных котельных агрегатах  воздухоподогреватель играет весьма существенную роль, воспринимая теплоту от отходящих  газов и передавая ее воздуху, он уменьшает наиболее заметную статью потерь теплоты с уходящими газами. При использовании подогретого  воздуха повышается температура  горения топлива, интенсифицируется  процесс сжигания, повышается коэффициент  полезного действия котельного агрегата. Вместе с тем при установке  воздушного подогревателя увеличиваются  аэродинамические сопротивления воздушного и дымового трактов, которые преодолеваются созданием искусственной тяги, т.е. путем установки дымососа и вентилятора.

Температура подогрева воздуха выбирается в  зависимости от способа сжигания и вида топлива. Для природного газа и мазута, сжигаемых в камерных топках, температура горячего воздуха  составляет 200...250 °С, а для пылеугольного  сжигания твердого топлива -- 300...420°С.

При наличии  в котельном агрегате экономайзера и воздухоподогревателя первым по ходу газа устанавливается экономайзер, а вторым -- воздухоподогреватель, что  позволяет более глубоко охладить продукты горения, так как температура  холодного воздуха ниже температуры  питательной воды на входе в экономайзер.

По принципу действия воздухоподогреватели разделяют  на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативном воздухоподогревателе передача теплоты от продуктов сгорания к воздуху происходит непрерывно через разделительную стенку, по одну сторону которой движутся продукты сгорания, а по другую -- нагреваемый  воздух.

В регенеративных воздухоподогревателях передача теплоты  от продуктов сгорания к нагреваемому воздуху осуществляется путем попеременного  нагревания и охлаждения одной и  той же поверхности нагрева.

Газопоршневые установки. Газопоршневая установка (ГПУ) предназначена для питания электроэнергией потребителей трехфазного (380/220 В, 50 Гц) переменного тока. Газовые электростанции используются в качестве источника постоянного и гарантированного электроснабжения больниц, банков, торговых комплексов, аэропортов, производственных и нефтегазодобывающих предприятий. Моторесурс газового двигателя выше, чем у бензогенераторов и дизельных электростанций, что приводит к уменьшению срока окупаемости. Использование газовых электрогенераторов позволяет владельцу быть независимым от плановых и аварийных отключений электроэнергии, а зачастую и вовсе отказаться от услуг поставщиков электроэнергии.

В основе работы газопоршневых двигателей (далее ГПД) лежит принцип действия двигателя внутреннего сгорания. ДВС - это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

На данный момент в промышленности выпускаются  два типа поршневых двигателей, работающих на газе: газовые двигатели - с электрическим (искровым) зажиганием, и газодизели - с воспламенением газовоздушной смеси впрыском запального (жидкого) топлива. Газовые двигатели получили широкое применение в энергетике за счет повсеместной тенденции использования газа как более дешевого топлива (как природного, так и альтернативного) и относительно экологически более безопасного с точки зрения выбросов с выхлопными газами.

Из ГПУ  с теплообменниками в принципе всё  аналогично, но дополнительно используется система утилизации тепла.

Установка работает на нескольких видах топлива, имеет относительно низкий уровень  начальных инвестиций за 1 кВт и  обладает широкой линейкой выходной мощности.

Топливо для газопоршневых установок. Одним из важнейших моментов при выборе типа ГТУ является изучение состава топлива. Производители газовых двигателей предъявляют свои требования к качеству и составу топлива для каждой модели.

В настоящее  время многие производители проводят адаптацию своих двигателей под  соответствующее топливо, что в  большинстве случаев не занимает много времени и не требует  больших финансовых затрат.

Помимо  природного газа, газопоршневые установки могут использовать в качестве топлива: пропан, бутан, попутный нефтяной газ, газы химической промышленности, коксовый газ, древесный газ, пиролизный газ, газ мусорных свалок, газ сточных вод и т. д.

Применение  в качестве топлива перечисленных  специфических газов вносит важный вклад в сохранение окружающей среды  и кроме того позволяет использовать регенеративные источники энергии.

Газорегуляторный  пункт. Газорегуляторный пункт - система  устройств для автоматического  снижения и поддержания постоянного  давления газа в распределительных  газопроводах. Газорегуляторный пункт  включает регулятор давления для  поддержания давления газа, фильтр для улавливания механических примесей, предохранительные клапаны, препятствующие попаданию газа в распределительные  газопроводы при аварийном давлении газа сверх допустимых параметров, и контрольно-измерительные приборы  для учёта количества проходящего  газа, температуры, давления и телеметрического измерения этих параметров.

Газорегуляторные  пункты сооружаются на городских  распределительных газопроводах, а  также на территории промышленных и  коммунально-бытовых предприятий, имеющих  разветвленную сеть газопроводов. Пункты, монтируемые непосредственно у потребителей и предназначенные для снабжения газом котлов, печей и др. агрегатов, обычно называют газорегуляторными устройствами. В зависимости от давления газа на входе газорегуляторные пункты бывают: среднего (от 0,05 до 3 кгс/см²) и высокого (до 12 кгс/см²) давления (1 кгс/см² =0,1Мн/м²).

Предохранительные устройства и контрольно-измерительные  приборы. Для водогрейных котлов предохраняющим устройством от повышения  в них давления могут служить  обводные линии с обратными клапанами (рис.), пропускающие воду в направлении  от котла к трубопроводу системы  отопления. При таком несложном  устройстве, если задвижки, установленные  у котла, почему-либо окажутся закрытыми, то все равно связь с атмосферой через расширительный, сосуд не нарушится.

Если  на трубопроводе между котлами и  расширительным сосудом кроме указанных  задвижек имеется другая какая-либо запорная арматура, то должны быть установлены  рычажные предохранительное клапаны .

Паровые котлы при до 70 кПа снабжаются предохранительным устройством  в виде гидравлического затвора

Для безопасной и правильной эксплуатации паровые  котлы кроме предохранительных  устройств снабжают водоуказательными  приборами, пробочными кранами и  манометрами.

Для учета  расхода питательной воды, подаваемой в паровой котел, или воды, циркулирующей  в системе водяного отопления, устанавливают  водомер или диафрагмы. Для измерения  температуры воды, поступающей в  систему водяного отопления и  возвращающейся в котел, предусматривают  в специальных футлярах термометры.

1.4 Виды  и свойства топлива, сжигаемого  в отопительных котельных

Топливо - это горючее вещество, использование  которого для получения теплоты  экономически оправдано. Целесообразность применения тех или иных горючих  веществ в качестве топлива должна обосновываться технико-экономическими факторами: стоимость добычи и транспортировки; теплота сгорания, влияние на окружающую среду; доступность для широкого использования и т.п.

Топливо состоит из горючей и негорючей  частей. Горючей частью является углерод, водород и сера, а негорючей -- кислород, азот. зола и влага.

Различают твердое, жидкое и газообразное топливо. Твердое топливо -- дрова, торф, бурый  и каменный угли, сланцы; жидкое -- нефть  и продукты ее переработки -- мазут, керосин и др., газообразное -- природные  и искусственные газы.

Различают также естественное топливо, непосредственно  существующее в природе -- дрова, уголь, торф, природный газ, и искусственное, являющееся продуктом переработки  естественного топлива -- древесный  уголь, мазут, искусственные газы и  др.

В зависимости  от величины теплоты сгорания различают  высокосортное топливо (с высокой  теплотой сгорания) и низкосортное.

Из твердых  топлив в отопительных котельных  в основном сжигают ископаемые угли, которые делятся на три группы -- бурые, каменные и антрациты.

Из жидких топлив в отопительных котельных  применяют мазут -- остаточный продукт  переработки нефти с плотностью 0,96--0,98 т/м3. Его хранят в подземных  стальных или железобетонных резервуарах, установленных вне котельных. Емкость  резервуаров рассчитывают на потребность  не менее 15 сут. работы котельной.

Газообразное  топливо -- это смесь горючих и  негорючих газов. В естественном газе в основном содержатся метан, этан и тяжелые углеводороды, а также  негорючие газы -- углекислый газ  и азот . В среднем природные  газы состоят из 96% метана, 2% этана, 0,5% тяжелых углеводородов и 1,5% углекислого  газа и азота.

По сравнению  с твердым топливом газообразное имеет ряд преимуществ -- простота и меньшая трудоемкость обслуживания котлов; лучшее перемешивание горючего а с воздухом, в результате чего возможно горение с наименьшим избытком воздуха и, следовательно, меньшими потерями тепла с отходящими газами.

Однако  при сжигании газа следует учитывать  и особенности этого процесса -- взрывоопасность и ядовитость газа. Природный газ при содержании его в воздухе от 3,8 до 17,8% (по объему) образует смесь, которая от огня или  искры взрывается. Утечки газа опасны и потому, что он ядовит. Поэтому  природный газ, не имеющий цвета, вкуса и запаха, предварительно одоризуют, добавляя к нему вещества с сильным запахом.

Экономичность котла оценивается его коэффициентом  полезного действия, который для  всех типов чугунных котлов, работающих на твердом топливе, равен 0,6--0,7, а  при работе на газообразном топливе 0,8-0,85.

Коэффициент полезного действия котельной установки -- отношение количества тепла, выработанного  этой установкой, к теплоте сгорания всего сожженного в котлах топлива.

Подробную информацию о технических решениях по применению видов топлива и  о требованиях к проектированию котельных установок можно найти  в СНиП II-35-76 «Котельные установки», гл. 4:

4.2 Для  котельных производительностью  более 20 Гкал/ч, для которых  газообразное топливо установлено  в качестве основного, должно  предусматриваться резервное топливо  - топочный мазут. При разработке  проектов котельных эти виды  топлива следует рассматривать  как равнозначные.

4.3 Для  котельных производительностью  20 Гкал/ч резервное топливо к  газообразному не предусматривается;  для этих котельных, отнесенных  к первой категории, может предусматриваться  аварийное жидкое топливо, необходимость  которого, а также его вид (топочный  мазут, легкое нефтяное топливо)  определяется органом, устанавливающим  виды топлива для проектируемой  котельной.

4.4 При  переводе котельных с котлами,  оборудованными камерными топками  для сжигания твердого топлива,  на сжигание газообразного в  качестве резервного должно сохраняться  твердое топливо.

4.5 Растопку  и «подсвечивание» котлов с  камерными топками для сжигания  твердого топлива следует предусматривать  топочным мазутом или газообразным  топливом.

1.5 Водоподготовка  и водно-химический режим

Водоподготовка -- обработка воды, поступающей из природного водоисточника, например, водозаборных сооружений, для различных нужд, например, хозяйственно-бытовых, технологических: на питание паровых и водогрейных котлов или для различных технологических целей. Водоподготовка производится на ТЭС, транспорте, в коммунальном хозяйстве, на промышленных предприятиях.

Водоподготовка  заключается в освобождении воды от грубодисперсных и коллоидных примесей и содержащихся в ней  солей, тем самым предотвращается  отложение накипи, унос солей паром, коррозия металлов, а также загрязнение  обрабатываемых материалов при использовании  воды в технологических процессах.

Водоподготовка  включает следующие основные методы (этапы) обработки:

· осветление (удаление из воды коагуляцией, отстаиванием и фильтрованием коллоидальных  и суспензированных загрязнений);

· умягчение (устранение жёсткости воды осаждением солей 

кальция и магния, известью и содой или  удаление их из воды катионированием);