Котельные установки и парогенераторы


C. Л. Елистратов, Ю. И. Шаров















КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Учебное пособие















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 621.181(075.32)
ББК 31.361
      Е51






Рецензенты:
доктор технических наук, профессор П. А. Щинников; кандидат технических наук, доцент О. К. Григорьева





      Елистратов, C. Л.
Е51 Котельные установки и парогенераторы : учебное пособие / С. Л. Елистратов, Ю. И. Шаров. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 148 с.
           ISBN 978-5-9729-0554-6


        Рассмотрены основные агрегаты ТЭС, отопительных котельных, котлов и их вспомогательного оборудования: тягодутьевые устройства, системы золоулавливания и шлакозолоудаления. Приведен расчет котла по нормативному методу.
        Для студентов технических специальностей, изучающих вопросы теплоэнергетики и теплотехники. Может быть полезно инженерам-теплоэнергетикам.


УДК 621.181(075.32)

                                                           ББК 31.361












ISBN 978-5-9729-0554-6

      © Елистратов С. Л., Шаров Ю. И., 2021
      © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                              © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

            ПРЕДИСЛОВИЕ


     Предлагаемое читателю учебное пособие содержит основные сведения о конструкции и принципах работы энергетических и отопительных котлов. Приведенные в нем теоретические и расчетные материалы предназначены, прежде всего, для целенаправленной системной подготовки студентов к выполнению курсового проекта по дисциплине «Котельные установки и парогенераторы».
     В отличие от справочной литературы и других учебных изданий по этой тематике пособие содержит основные сведения как о современном состоянии мирового и российского котлостроения, так и о некоторых инновационных направлениях их развития. В конце пособия приведены вопросы, позволяющие читателю закрепить полученные теоретические знания.
     Первая глава содержит основные сведения о котельных установках и парогенераторах. Приведена традиционная классификация котельных установок. Рассмотрены основные агрегаты ТЭС, отопительных котельных, котлов и их вспомогательного оборудования: топливо- и водоподготовка, тягодутьевые устройства, системы шлако- и золоудаления, улавливания летучей золы. Приведены характеристики, используемых в котлах топлив.
     Во второй главе приведен список наиболее крупных котлостроительных компаний мира, а также действующих российских заводов с краткой характеристикой выпускаемой ими продукции и оказываемых услуг. Обозначены основные особенности и направления развития современного котлостроения с примерами их реализации на российских предприятиях. Рассмотрены принципы работы и основные преимущества инновационных котлов с высокотемпературным кипящим слоем (ВЦКС), пылеугольных с кольцевой топкой, конденсационных, высоко

3

вольтных (10 кВ) индукционных и термомасляных котлов. Представлена технология электроионизационного воспламенения пылеугольного топлива, позволяющая производить подсветку и растопку котлов без использования мазута. По сравнению с уже ставшей традиционной технологией розжига и подсветки с использованием плазмотронов, электро-ионизационная технология является значительно менее затратной.
     В третьей главе для оценки показателей экономичности и надежности котла при работе на заданном топливе, выявления необходимых конструктивных мероприятий, выбора вспомогательного оборудования и получения исходных данных для проведения аэродинамического, гидравлического, теплового и прочностного расчетов представлена методика поверочного теплового расчета котла (парогенератора) по нормативному методу.
     В заключительной главе приведен пример поэлементного теплового расчета котла барабанного типа ТП-81 Таганского котельного завода «Красный котельщик» с использованием расчетных формул, таблиц и номограмм.
     Авторы выражают надежду, что данное учебное издание позволит сформировать у студентов и молодых специалистов живой интерес к насущным проблемам теплоэнергетической отрасли и поможет осуществить их решение.
     При написании настоящего учебного пособия авторы использовали свой опыт преподавания курсов «Котельные установки и парогенераторы», «Теплоэнергетические установки ТЭС», «Котельное, турбинное и вспомогательное оборудование ТЭС», «Производство и передача тепловой энергии» в Новосибирском государственном техническом университете.

4

Глава 1


            КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ


    1.1. ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

    Котельные установки (парогенераторы) относятся к основному оборудованию тепловых электростанций (ТЭС). Котельная установка представляет собой комплекс устройств размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. Основные элементы котельной установки - котел, топочное устройство (топка), питательные и тягодутьевые устройства [2].
    Котел - это теплообменное устройство, в котором теплота от горячих продуктов сгорания топлива передается воде. В результате этого в паровых котлах вода превращается в пар, а в водогрейных котлах нагревается до необходимой температуры. Топочное устройство служит для сжигания топлива и превращения его химической энергии в теплоту нагретых газов. Питательные устройства (насосы инжекторы) предназначены для подачи воды в котел. Тягодутьевое устройство состоит из дутьевых вентиляторов, системы газо- и воздуховодов, дымососов и дымовой трубы, с помощью которых обеспечиваются подача необходимого количества воздуха в топку, движение продуктов сгорания по газоходам котла и удаление газов в атмосферу. Продукты сгорания, перемещаясь по газоходам и соприкасаясь с поверхностями нагрева, передают свою тепловую энергию воде.
Для обеспечения более экономичной работы современные котельные установки имеют вспомогательные устройства: водяной экономайзер и воздухоподогреватель, служащие соответственно для подо-5

грева воды и воздуха; устройства для подачи топлива и удаления золы, очистки дымовых газов и питательной воды; приборы теплового контроля и средства автоматизации, обеспечивающие нормальную и бесперебойную работу всех звеньев котельной. В зависимости от того, для какой цели используется тепловая энергия, котельные подразделяются на энергетические, отопительно-производственные и отопительные. На рис. 1.1 представлено развитие водотрубных барабанных котлов [2].
     Паровой котел предназначен для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара. На рис. 1.1, а представлен цилиндрический котел с колосниковой решеткой, производящий насыщенный пар низкого давления. На колосниковой решетке сжигался сортированный кусковой уголь, а необходимый для горения воздух поступал снизу через колосниковую решетку. Котел небольшой производительности по пару имел самую простую конструкцию и низкий КПД из-за высокой температуры уходящих из топки газов (200.300 °C).
     Большей паровой производительностью и более высоким КПД обладала новая модификация этого котла (рис. 1.1, б), выполненная из большого количества труб малого диаметра (60.80 мм), находящихся в потоке горячих газов. В конструкции (рис. 1.1, в) был впервые установлен водяной экономайзер (ВЭК) 7, в котором дымовые газы охлаждались до 150.180 °C, что привело к повышению КПД котла. Водотрубные котлы (рис. 1.1, г), более современные. В них размолотое топливо сжигается во взвешенном состоянии в объеме топки, все стены которой закрыты экранными вертикальными испарительными трубами. В них вода при высоком давлении подогревается до температуры кипения и частично испаряется. В барабане котла 2 пар отделяется от воды и перегревается в пароперегревателе 8. Топливо и воздух подаются через топливные горелки 11. Для улучшения сжигания топлива воздух подогревается в воздухоподогревателе (ВЗП) 9, что дополнительно понижает температуру дымовых газов.
     Позже появились прямоточные котлы (рис. 1.1, д), в которых нет барабана. В них вода и водяной пар проходят последовательно через все поверхности нагрева, между которыми нет четкой границы между экономайзерной, испарительной и перегревательной зонами.

6

Рис. 1.1. Водотрубные барабанные котлы (а, б, в, г),

прямоточный котел (д)

     Обозначения на рис. 1.1: 1 - топка; 2 - барабан-сепаратор;

3 - нижний барабан; 4 - выход пара; 5 - раздающая водяная камера;

5’ - коллектор; 6 - трубы котельных пучков; 6’ - трубы настенных экранов; 7 - водяной экономайзер; 8 - пароперегреватель; 8’ - настенный ленточный пароперегреватель; 9 - воздухоподогреватель; 10 - колосниковая решетка; 11 - горелки; 12 - вход воды в котел.

7

     В отличие от барабанных котлов прямоточные парогенераторы могут работать и на сверхкритических параметрах пара (выше 221 бара). По конструкции паровой котел чаще всего имеет П-образный профиль. На рис. 1.2 представлены другие возможные профили паровых котлов [3], а на рис. 1.3 - таганрогский котел ТГМ-94.

а)

П - образная компоновка

Т - образная компоновка

N - образная ^)      компоновка

Рис. 1.2. Компоновки паровых котлов:
РВП - регенеративный воздухоподогреватель

Башенная компоновка

8

Рис. 1.3. Котел ТГМ-94 Таганрогского котельного завода

     Основные характеристики и обозначения котла: паровая производительность D = 500 т/ч; давление перегретого пара p ₀ = 14 МПа; температура перегретого/промпегретого пара 1п /1пп = 570/570 °C; КПД брутто котла дбр = 92 %; температура питательной воды 1пв = 230 °C; температура уходящих газов 1ух = 145 °C; 17 - четыре яруса горелок по 7 штук в ряду; 20 - два дутьевых вентилятора; 23 - три РВП (регенеративных подогревателя воздуха по 2 об/мин); 25 - два дымососа.
     Энергетические котлы снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию. Они входят в комплекс тепловой электрической станции (ТЭС рис. 1.4, 1.5).

9

Рис. 1.4. Общий вид ТЭС

Рис. 1.5. Новосибирская ТЭЦ-5

10